Giáo trình Địa chất công trình - Tô Xuân Vu

Chia sẻ: Gió Gió | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:161

Thêm vào BST

Báo xấu

500
lượt xem 188
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung giáo trình gồm: đại cương về địa chất, nước dưới đất, đất đá và tính chất địa chất công trình của chúng, các quá trình và hiện tượng địa chất, các phương pháp nghiên cứu địa chất công trình, khảo sát địa chất công trình để xây dựng công trình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Địa chất công trình - Tô Xuân Vu

TrƯêng ®¹i häc má ®Þa chÊt ts. T« xu©n vu Gi¸o tr×nh ®Þa chÊt c«ng tr×nh Hµ néi, 2015 1
Më ®Çu §Þa chÊt c«ng tr×nh lµ mét lÜnh vùc khoa häc ®· vµ ®ang ®−îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ trªn thÕ giíi ®Ó ®¸p øng yªu cÇu x©y dùng vµ ph¸t triÓn kinh tÕ cña loµi ng−êi. NhiÖm vô cña §Þa chÊt c«ng tr×nh lµ nghiªn cøu m«i tr−êng ®Þa chÊt, bao gåm: thµnh phÇn, tÝnh chÊt vµ c¸c ®Æc tr−ng c¬ lý cña ®Êt ®¸; c¸c qu¸ tr×nh vµ hiÖn t−îng ®Þa chÊt ¶nh h−ëng ®Õn viÖc thi c«ng, x©y dùng vµ sö dông c«ng tr×nh; nghiªn cøu c¸c gi¶i ph¸p thiÕt kÕ, thi c«ng, xö lý nÒn mãng c«ng tr×nh, nh»m ®¶m b¶o cho c«ng tr×nh lµm viÖc æn ®Þnh vµ l©u dµi. Ngµy nay, khi cuéc c¸ch m¹ng khoa häc kü thuËt ph¸t triÓn kh«ng ngõng, con ng−êi ngµy cµng ph¶i ®èi mÆt víi c¸c th¶m häa m«i tr−êng do chÝnh ho¹t ®éng x©y dùng c«ng tr×nh cña m×nh g©y ra, cßn ®Æt ra cho §Þa chÊt c«ng tr×nh nhiÖm vô nghiªn cøu, ®¸nh gi¸ m«i tr−êng ®Þa chÊt vµ t¸c ®éng cña c«ng tr×nh x©y dùng lµm biÕn ®æi m«i tr−êng ®Þa chÊt ¶nh h−ëng ®Õn cuéc sèng cña con ng−êi. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña §Þa chÊt c«ng tr×nh ®· h×nh thµnh nh÷ng néi dung nghiªn cøu chñ yÕu lµ th¹ch luËn c«ng tr×nh, ®Þa chÊt ®éng lùc c«ng tr×nh, ®Þa chÊt c«ng tr×nh chuyªn m«n, ®Þa chÊt c«ng tr×nh khu vùc vµ ®Þa chÊt c«ng tr×nh c¸c má kho¸ng s¶n. Trong thùc tÕ hiÖn nay, tr−íc sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña kü thuËt x©y dùng, kü thuËt xö lý nÒn mãng c«ng tr×nh, ®ßi hái §Þa chÊt c«ng tr×nh ph¶i cã nh÷ng b−íc ph¸t triÓn míi víi nh÷ng néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu míi theo h−íng ®Þa kü thuËt ®Ó cã kh¶ n¨ng gi¶i quyÕt tèt h¬n c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn viÖc sö dông ®Êt ®¸ lµm nÒn vµ m«i tr−êng x©y dùng c«ng tr×nh. ë ViÖt Nam, sù h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn cña khoa häc §Þa chÊt c«ng tr×nh lµ tÊt yÕu vµ kh«ng thÓ thiÕu trong sù nghiÖp ph¸t triÓn kinh tÕ, ®Æc biÖt lµ trong thêi kú t¨ng tr−ëng, ph¸t triÓn kinh tÕ nh− hiÖn nay, bëi mäi ho¹t ®éng x©y dùng, quy ho¹ch vµ khai th¸c l·nh thæ kh«ng thÓ t¸ch rêi m«i tr−êng ®Þa chÊt. Khi x©y dùng bÊt kú c«ng tr×nh nµo, môc tiªu ®Æt ra tr−íc hÕt lµ ph¶i ®¸p øng c¸c yªu cÇu vÒ kü thuËt, ®ång thêi tho¶ m·n yªu cÇu vÒ kinh tÕ, tøc lµ ph¶i ®¶m b¶o cho c«ng tr×nh æn ®Þnh, lµm viÖc b×nh th−êng vµ l©u dµi víi chi phÝ vµ thêi gian Ýt nhÊt. §Ó ®¹t ®−îc môc tiªu ®ã, kh«ng thÓ kh«ng nghiªn cøu ®Þa chÊt c«ng tr×nh tr−íc khi x©y dùng c«ng tr×nh. C«ng t¸c nghiªn cøu ®Þa chÊt c«ng tr×nh sÏ gióp cho chóng ta hiÓu biÕt s©u s¾c vÒ m«i tr−êng ®Þa chÊt ®Ó tõ ®ã cã c¸ch øng xö thÝch hîp, tËn dông vµ khai th¸c tèi ®a nh÷ng thuËn lîi, kh¾c phôc vµ gi¶m thiÓu nh÷ng bÊt lîi vÒ ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt trong ho¹t ®éng x©y dùng. Gi¸o tr×nh §Þa chÊt c«ng tr×nh dµnh cho sinh viªn c¸c chuyªn ngµnh x©y dùng (X©y dùng c«ng tr×nh d©n dông, c«ng nghiÖp, X©y dùng c«ng tr×nh ngÇm, X©y dùng c«ng tr×nh má, X©y dùng c«ng tr×nh ngÇm thñy c«ng, thñy ®iÖn, X©y dùng c«ng tr×nh ngÇm vµ má, X©y dùng h¹ tÇng c¬ së) vµ mét sè chuyªn ngµnh kh«ng chuyªn kh¸c nh− Th¨m dß- kh¶o s¸t, Kü thuËt khoan- khai th¸c, Khai th¸c má, Tin häc ®Þa chÊt, … ®−îc biªn so¹n nh»m cung cÊp nh÷ng kiÕn thøc tæng hîp, chung nhÊt vÒ lÜnh vùc ®Þa chÊt c«ng tr×nh, tõ ®ã gióp cho sinh viªn hiÓu ®−îc môc ®Ých, ý nghÜa còng nh− vai trß cña ®Þa chÊt c«ng tr×nh, sù cÇn thiÕt vµ kh«ng thÓ thiÕu cña nghiªn cøu ®Þa chÊt c«ng tr×nh trong ho¹t x©y dùng nãi chung, sö dông kiÕn thøc chuyªn m«n ®Þa chÊt c«ng tr×nh trong ho¹t ®éng cña ngµnh m×nh. N¾m v÷ng néi dung m«n häc §Þa chÊt c«ng tr×nh sÏ gióp sinh viªn häc tèt h¬n, hiÓu s©u vµ toµn diÖn h¬n c¸c m«n häc liªn quan, lµm c¬ së cho nghiªn cøu nh÷ng néi dung chuyªn s©u thuéc lÜnh vùc ngµnh m×nh. 2
Gi¸o tr×nh §Þa chÊt c«ng tr×nh ®−îc biªn so¹n theo néi dung ®Ò c−¬ng chi tiÕt cña m«n häc “§Þa chÊt c«ng tr×nh”, ®· ®−îc Bé m«n §Þa chÊt c«ng tr×nh phª duyÖt trong ch−¬ng tr×nh ®µo t¹o tÝn chØ cña Tr−êng §¹i häc Má- §Þa chÊt. Víi ®Ò c−¬ng chi tiÕt m«n häc lÇn nµy, néi dung ®· ®−îc bæ sung nh÷ng kiÕn thøc cÇn thiÕt vÒ ®Þa chÊt, ®Þa chÊt thñy v¨n, cËp nhËt nh÷ng th«ng tin míi ®Ó phï hîp vµ ®¸p øng yªu cÇu häc tËp ®èi víi sinh viªn c¸c chuyªn ngµnh x©y dùng vµ mét sè chuyªn ngµnh kh«ng chuyªn kh¸c. Néi dung Gi¸o tr×nh gåm c¸c ch−¬ng sau: Ch−¬ng 1: §¹i c−¬ng vÒ ®Þa chÊt; Ch−¬ng 2: N−íc d−íi ®Êt; Ch−¬ng 3: §Êt ®¸ vµ tÝnh chÊt ®Þa chÊt c«ng tr×nh cña chóng; Ch−¬ng 4: C¸c qu¸ tr×nh vµ hiÖn t−îng ®Þa chÊt; Ch−¬ng 5: C¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ®Þa chÊt c«ng tr×nh; Ch−¬ng 6: Kh¶o s¸t ®Þa chÊt c«ng tr×nh ®Ó x©y dùng c«ng tr×nh; Trong toµn bé néi dung Gi¸o tr×nh ®· ®−îc biªn so¹n, mÆc dï T¸c gi¶ ®· cè g¾ng hÕt møc cã thÓ ®Ó hoµn chØnh, nh−ng ch¾c ch¾n còng kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng h¹n chÕ, thiÕu sãt nhÊt ®Þnh. Ng−êi biªn so¹n rÊt mong nhËn ®−îc sù quan t©m vµ tr©n träng c¶m ¬n nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c ®ång nghiÖp, c¸c nhµ khoa häc, c¸c chuyªn gia thuéc chuyªn ngµnh §Þa chÊt c«ng tr×nh, X©y dùng vµ c¸c chuyªn ngµnh kh¸c ®Ó cã thÓ tõng b−íc hoµn thiÖn néi dung gi¸o tr×nh, ®¸p øng tèt h¬n c«ng t¸c gi¶ng d¹y vµ häc tËp cña sinh viªn trong Tr−êng §¹i häc Má- §Þa chÊt. 3
Ch−¬ng 1 ®¹i c−¬ng vÒ ®Þa chÊt 1.1. Nguån gèc MÆt trêi vµ Tr¸i ®Êt Tõ xa x−a, con ng−êi ®· quan t©m gi¶i thÝch nguån gèc cña MÆt trêi vµ Tr¸i ®Êt. Trong qu¸ tr×nh nhËn thøc, cã hai tr−êng ph¸i lu«n lu«n ®Êu tranh víi nhau. T«n gi¸o vµ nhÊt lµ Thiªn chóa gi¸o gi¶i thÝch theo quan ®iÓm duy t©m thÇn bÝ cßn c¸c nhµ khoa häc th× gi¶i thÝch theo quan ®iÓm duy vËt. §Õn thÕ kû thø 18, khi khoa häc ®· ph¸t triÓn, ®Æc biÖt lµ lÜnh vùc c¬ häc, c¸c nhµ khoa häc ®· x©y dùng nhiÒu gi¶ thuyÕt kh¸c nhau ®Ó gi¶i thÝch nguån gèc cña MÆt trêi vµ Tr¸i ®Êt. - I. Kant (1755) cho r»ng, trong vò trô cã nhiÒu bôi vµ h¬i t¹o thµnh tinh v©n. Do lùc hót hÊp dÉn, chóng liªn kÕt l¹i thµnh nh÷ng khèi nhá, c¸c khèi nhá tËp trung thµnh khèi lín. Khi c¸c khèi t−¬ng t¸c víi nhau, g©y ra sù va ch¹m vµ t¹o thµnh sù quay trßn. Sù tËp trung vËt chÊt trong vò trô lín dÇn h×nh thµnh MÆt trêi nguyªn thñy. MÆt trêi tù quay lµm cho vËt chÊt tËp trung vµo xÝch ®¹o, dÇn dÇn thµnh d¹ng bÑt trßn vµ vËt chÊt tËp trung vµo trung t©m. Còng do quay mµ MÆt trêi ®· v¨ng ra c¸c hµnh tinh vµ vÖ tinh quay quanh MÆt trêi. - P.S. Laplax¬ (1796) ®éc lËp nªu ra gi¶ thuyÕt vÒ nguån gèc cña hÖ MÆt trêi. ¤ng cho r»ng hÖ MÆt trêi lóc ®Çu rÊt réng lín, vËt chÊt trong ®ã th−a, máng, nh÷ng khèi tinh v©n h×nh cÇu nãng, chuyÓn ®éng chËm ch¹p. Sau ®ã, chóng nguéi dÇn vµ co l¹i lµm cho vËt chÊt ®Æc sÝt, tèc ®é quay t¨ng lªn vµ do ®ã, lùc ly t©m còng t¨ng. Nh÷ng khèi tinh v©n h×nh cÇu biÕn dÇn thµnh d¹ng ®Üa dÑt. Khi lùc ly t©m lín h¬n lùc hót th× t¸ch ra mét vßng vµ dÇn dÇn t¸ch ra c¸c vßng kh¸c, t−¬ng øng víi sè hµnh tinh sau nµy vµ quü ®¹o chuyÓn ®éng cña c¸c hµnh tinh nãng còng víi ph−¬ng thøc nh− trªn ®Ó t¹o ra c¸c tiÓu hµnh tinh. Gi¶ thuyÕt cña I. Kant vµ P.S. Laplax¬ ®−îc x©y dùng cã tÝnh chÊt vµ c¸ch gi¶i thÝch gÇn gièng nhau nªn ®−îc gäi chung lµ thuyÕt Kant- Laplax¬. Gi¶ thuyÕt nµy ®· thèng trÞ trong thÕ kû 19 nh−ng sau ®ã kh«ng ®−îc thõa nhËn v× kh«ng gi¶i quyÕt ®−îc vÊn ®Ò m«men ®éng l−îng. B»ng to¸n häc, n¨m 1859, Maikhox ®· chøng minh c¸c thÓ khÝ bung ra tõ vËt chÊt kh«ng thÓ trë thµnh hµnh tinh ®−îc. MÆt kh¸c, tèc ®é quay cña MÆt trêi hiÖn nay còng kh«ng thÓ lµm v¨ng ra c¸c khèi vËt chÊt h×nh thµnh c¸c hµnh tinh chuyÓn ®éng vßng. - Gi¶ thuyÕt cña O. Smith nªu ra n¨m 1946 cho r»ng, MÆt trêi ®i qua ®¸m tinh v©n. Tinh v©n nµy vèn ®· cã m«men ®éng l−îng riªng (chuyÓn ®éng quay riªng). MÆt trêi thu hót chóng l¹i vµ lµm cho chóng quay xung quanh MÆt trêi. Trong qu¸ tr×nh quay, c¸c ®iÓm vËt chÊt, c¸c khÝ thÓ va ®Ëp, hót lÉn nhau vµ tËp trung dÇn dÇn thµnh phÇn c¸c hµnh tinh. Nh÷ng tËp hîp vËt chÊt gÇn MÆt trêi bÞ ®èt nãng bøc x¹ lµm cho nhiÒu thÓ khÝ nhÑ bay ®i, cßn nh÷ng tËp hîp vËt chÊt ë xa th× nguéi l¹nh h¬n, c¸c khÝ ng−ng kÕt l¹i. V× thÕ ®· t¹o ra hai nhãm hµnh tinh. Khi c¸c vËt chÊt va ch¹m nhau, c¬ n¨ng sÏ biÕn thµnh nhiÖt n¨ng. NÕu ®a sè c¬ n¨ng biÕn thµnh nhiÖt n¨ng c¶ th× hµnh tinh chuyÓn ®éng quay theo chiÒu nghÞch vµ ng−îc l¹i. Smith ®· gi¶i thÝch ®−îc hiÖn t−îng c¸c hµnh tinh kh«ng tù quay theo cïng mét chiÒu. ¤ng còng ®· dïng to¸n häc ®Ó chøng minh kho¶ng c¸c gi÷a c¸c hµnh tinh. Tuy nhiªn, Smith còng ch−a gi¶i thÝch ®−îc chªnh lÖch rÊt lín vÒ m«men ®éng l−îng gi÷a MÆt trêi vµ c¸c hµnh tinh nh− hiÖn nay, nguån gèc, sù biÕn ®æi cña MÆt trêi, ¶nh h−ëng MÆt trêi tíi nguån gèc Tr¸i ®Êt. 4
- Trong nh÷ng n¨m 60 cña thÕ kû 20, nhµ thiªn v¨n E. Hoyle (Anh) vµ Schatzman (Ph¸p) ®· t×m c¸ch gi¶i thÝch nguån gèc cña MÆt trêi vµ Tr¸i ®Êt theo h−íng ®iÖn tõ tr−êng t¸c dông trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh MÆt trêi vµ hµnh tinh. Hai «ng cho r»ng, ban ®Çu ®¸m tinh v©n trong vò trô tËp hîp dÇn thµnh khèi chuyÓn ®éng quay víi tèc ®é kh«ng cao, nhiÖt ®é trong ®ã còng thÊp. DÇn dÇn, thÓ tÝch co rót vµ tèc ®é quay v× thÕ t¨ng nhanh, ®Õn mét møc ®é nhÊt ®Þnh th× thµnh h×nh dÑp, “xÝch ®¹o” ph×nh to, mét sè vËt chÊt bÞ v¨ng ra ngoµi t¹o thµnh d¹ng mét ®Üa trßn quay quanh MÆt trêi. Träng khèi cña ®Üa trßn rÊt nhá, chØ b»ng kho¶ng 1/100 cña MÆt trêi. VËt chÊt thuéc ®Üa trßn dÇn dÇn h×nh thµnh c¸c mÇm hµnh tinh vµ sau ®ã thµnh hµnh tinh. MÆt trêi bøc x¹ nhiÖt h¹ch, t¹o ra mét ®iÖn tõ tr−êng trong kh«ng gian cña hÖ MÆt trêi. Khi ®Üa trßn vËt chÊt rêi khái MÆt trêi th× ë chç ranh giíi cña chóng ph¸t sinh hiÖn t−îng c¬ häc tõ l−u (ch¶y tõ c¬ häc) vµ MÆt trêi chuyÓn m«men ®éng l−îng sang ®Üa trßn. Nhê m«men ®éng l−îng t¨ng lªn mµ ®Üa trßn më réng ra ngoµi. MÆt trêi thu nhá l¹i, nh−ng v× mÊt ®i m«men ®éng l−îng nªn tèc ®é quay chËm ®i. MÆt trêi bøc x¹ giã thæi bay xa c¸c vËt chÊt nhÑ h×nh thµnh c¸c hµnh tinh thuéc nhãm sao Méc, c¸c vËt chÊt nÆng ë l¹i h×nh thµnh c¸c hµnh tinh thuéc nhãm Tr¸i ®Êt. 1.2. CÊu t¹o Tr¸i ®Êt Dùa Theo kÕt qu¶ nghiªn cøu phèi hîp c¸c ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý, ®Æc biÖt lµ ph−¬ng ph¸p ®Þa chÊn ®o tèc ®é truyÒn sãng däc (Vp) vµ tèc ®é truyÒn sãng ngang (Vs) khi ®i qua vËt chÊt bªn trong Tr¸i ®Êt cho thÊy, Tr¸i ®Êt kh«ng ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn vËt chÊt theo chiÒu th¼ng ®øng. Cã thÓ chia Tr¸i ®Êt thµnh 3 vßng cÊu t¹o lín lµ vá Tr¸i ®Êt, Manti vµ nh©n Tr¸i ®Êt. - Vá tr¸i ®Êt cã tèc ®é truyÒn sãng däc Vp thay ®æi tõ 6,5- 7,0km/s ®Õn 7,4km/s, nh−ng khi sang phÇn Manti th× Vp t¨ng ®ét ngét, cã thÓ ®Õn 7,9- 8,0km/s, cã n¬i ®Õn 8,2- 8,3km/s. Cßn Vs trong phÇn vá Tr¸i ®Êt lµ 3,7- 3,8km/s th× ë Manti ®ét ngét t¨ng lªn 4,5- 4,7km/s. Nh− vËy, tån t¹i mÆt ranh giíi ph©n chia vá Tr¸i ®Êt vµ Manti, thÓ hiÖn ë sù thay ®æi ®ét ngét tèc ®é truyÒn sãng ®Þa chÊn. MÆt ranh giíi nµy gäi lµ mÆt M«h«. MÆt M«h« kh«ng b»ng ph¼ng mµ cã d¹ng l−în sãng. ChiÒu dµy vá Tr¸i ®Êt kh«ng ®Òu, trung b×nh tõ 11- 12km. Tr¹ng th¸i vËt chÊt cña vá Tr¸i ®Êt gåm cã ®¸ vµ ®Êt ë thÓ r¾n, chiÕm kho¶ng 1,55% tæng thÓ tÝch vµ 0,8% tæng träng l−îng cña c¶ Tr¸i ®Êt. Tû träng trung b×nh lµ 2,6- 2,9g/cm3. §©y lµ ®èi t−îng nghiªn cøu chÝnh cña ®Þa chÊt häc. - Manti ph©n bè tõ mÆt M«h« ®Õn ®é s©u 2900km. T¹i ®©y, l¹i cã bÒ mÆt ranh giíi ph©n chia víi nh©n Tr¸i ®Êt, biÓu hiÖn ë sù thay ®æi ®ét ngét tèc ®é truyÒn sãng ®Þa chÊn: Vp gi¶m xuèng rÊt nhanh, cßn Vs th× biÕn mÊt. Manti chiÕm kho¶ng 82,3% thÓ tÝch, 67,8% träng l−îng Tr¸i ®Êt. Manti gåm hai phÇn: Manti trªn vµ Manti d−íi, víi ranh giíi n»m ë ®é s©u 650km. Tû träng b×nh qu©n cña Manti trªn lµ 3,5g/cm3. So s¸nh c¸c tÝnh chÊt vËt lý còng nh− thµnh phÇn víi thiªn th¹ch ®¸, ng−êi ta −íc tÝnh kho¸ng vËt olivin chiÕm kho¶ng 46%, pyroxen lµ 25%, plagiocla 11%, cßn hîp kim s¾t- niken 12%, t−¬ng tù nh− ®¸ siªu baz¬. PhÇn trªn cïng cña Manti víi vá Tr¸i ®Êt t¹o thµnh th¹ch quyÓn. PhÇn Manti d−íi n»m ë ®é s©u tõ 350- 650km cã tû träng lín vµ ¸p lùc t¨ng cao, n¨ng l−îng lu«n ®−îc gi¶i phãng, t¹o thµnh nguån nhiÖt n¨ng trong Tr¸i ®Êt. - Nh©n Tr¸i ®Êt ph©n bè tõ ®é s©u 2900km cho ®Õn t©m Tr¸i ®Êt (6370km), chia 5
lµm 3 líp: nh©n ngoµi (tõ ®é s©u 2900 ®Õn 4980km); phÇn chuyÓn tiÕp (tõ 4980 ®Õn 5120km) vµ nh©n trong (tõ 5210 ®Õn 6370km). Nh©n Tr¸i ®Êt chØ chiÕm 16,2% thÓ tÝch nh−ng chiÕm 31,3% träng khèi. Tû träng nh©n Tr¸i ®Êt lµ 9,98- 12,51g/cm3, t−¬ng ®−¬ng víi thiªn th¹ch s¾t. C¨n cø vµo tèc ®é truyÒn sãng ®Þa chÊn, ng−êi ta chia nh©n Tr¸i ®Êt ra lµm 3 líp: Líp nh©n ngoµi n»m ë ®é s©u tõ 2885- 4170km; líp nh©n gi÷a n»m ë ®é s©u tõ 4170- 5155km; líp nh©n trong n»m ë ®é s©u tõ 5155km ®Õn t©m tr¸i ®Êt. C¸c tµi liÖu ®o ®Þa vËt lý cho thÊy, líp nh©n ngoµi kh«ng cã sãng ngang, chøng tá vËt chÊt ë tr¹ng th¸i láng. Líp nh©n gi÷a cã sãng ngang, cho thÊy vËt chÊt chuyÓn dÇn sang thÓ r¾n. Cßn ë líp nh©n trong ®o ®−îc c¶ sãng ngang vµ sãng däc, chøng tá vËt chÊt cña líp nh©n trong ë tr¹ng th¸i r¾n. 1.3. Thµnh phÇn vËt chÊt vá Tr¸i ®Êt 1.3.1. CÊu t¹o vá Tr¸i ®Êt Vá Tr¸i ®Êt cã chiÒu dµy kh«ng ®ång ®Òu, thÓ hiÖn ë ®Þa h×nh phøc t¹p tõ lôc ®Þa ®Õn ®¹i d−¬ng. C¨n cø vµo c¸c tµi liÖu ®Þa vËt lý chia vá Tr¸i ®Êt ra 2 kiÓu chÝnh lµ vá lôc ®Þa, vá ®¹i d−¬ng vµ 2 kiÓu phô lµ vá ¸ lôc ®Þa vµ vá ¸ ®¹i d−¬ng. ∗ KiÓu vá lôc ®Þa cã chiÒu dµy kh«ng ®Òu: vïng nÒn, tõ 35- 40km; vïng t¹o nói trÎ, tõ 55- 70km vµ vïng nói Hymalaya, nói Anp¬, tõ 70- 75km. CÊu tróc kiÓu vá lôc ®Þa cã 2 phÇn chÝnh: - PhÇn trªn do c¸c lo¹i ®¸ trÇm tÝch t¹o thµnh: tèc ®é truyÒn sãng däc trung b×nh tõ 3- 5km/s, chiÒu dµy dao ®éng tõ 0- 5km ë ®ång b»ng lôc ®Þa vµ dµy nhÊt tõ 8- 10km ë c¸c vïng tròng lín cña lôc ®Þa. - PhÇn d−íi lµ ®¸ macma vµ ®¸ biÕn chÊt, chia ra: líp granit«- g¬nai hoÆc granit biÕn chÊt ph©n bè ë c¸c khiªn biÕn chÊt cã Vp trung b×nh tõ 5,5- 6km/s, chiÒu dµy tõ 10- 25km, vïng nói dµy 20- 25km; líp bazan cã Vp trung b×nh tõ 6,6- 7,2km/s, chiÒu dµy trung b×nh 15- 20km ë vïng t¹o nói. ∗ KiÓu vá ®¹i d−¬ng cã cÊu tróc gåm 4 phÇn: - PhÇn n−íc che phñ ®¹i d−¬ng n»m ë trªn cïng; - PhÇn trÇm tÝch mÒm rêi cã Vp kho¶ng 3km/s, dµy tõ vµi tr¨m mÐt ®Õn 1km; - PhÇn dung nham bazan xen líp ®¸ silic vµ cacbonat cã Vp tõ 4- 4,5km/s, dµy tõ 1- 1,5km, cã n¬i dµy 3km; - PhÇn ®¸ baz¬ (gabro), cã n¬i lµ ®¸ siªu baz¬ (pyr«xenit), cã Vp tõ 6,3- 6,4km/s (cã khi ®Õn 7 km/s). §Æc tr−ng cña kiÓu vá ®¹i d−¬ng lµ kh«ng cã líp granit«gnai, chiÒu dµy chØ tõ 5- 10km, trung b×nh 6- 7km (ë ®¸y Th¸i B×nh D−¬ng). ∗ KiÓu vá ¸ lôc ®Þa gÆp ë nh÷ng cung ®¶o bao quanh lôc ®Þa cã cÊu tróc gÇn gièng víi kiÓu vá lôc ®Þa nh−ng chiÒu dµy nhá, chØ kho¶ng 20 - 30km vµ cã ®Æc ®iÓm lµ c¸c líp ®¸ ph©n chia kh«ng râ rµng. ∗ KiÓu vá ¸ ®¹i d−¬ng gÆp ë nh÷ng tròng n−íc s©u bao quanh vµ ë trong biÓn, cÊu tróc gåm ba líp: líp n−íc; líp ®¸ trÇm tÝch dµy tõ 4- 10km, cã n¬i 15- 20km vµ líp vá ®¹i d−¬ng, dµy tõ 5- 10km. §Æc tr−ng cña kiÓu vá ¸ ®¹i d−¬ng còng lµ kh«ng cã líp granitognai, chiÒu dµy tõ 10- 20km , cã khi ®Õn 25km . 6
1.3.2. C¸c nguyªn tè hãa häc trong vá Tr¸i ®Êt Trong vá Tr¸i ®Êt, c¸c nguyªn tè tån t¹i d−íi d¹ng ph©n t¸n, ph©n bè kh«ng ®Òu, lu«n lu«n kÕt hîp vµ biÕn ®æi trong c¸c kho¸ng vËt, ®¸ kh¸c nhau. §Ó biÕt sè l−îng mçi nguyªn tè hãa häc cã trong Tr¸i ®Êt, ng−êi ta ®· tiÕn hµnh lÊy mÉu tõ trªn mÆt ®Êt ®Õn ®é s©u 16- 20km vµ ®em ph©n tÝch. N¨m 1899, lÇn ®Çu tiªn nhµ khoa häc ng−êi Mü W. Clark (Clac) ®· c«ng bè kÕt qu¶ nghiªn cøu sau nhiÒu n¨m ph©n tÝch, thèng kª víi rÊt nhiÒu mÉu ®Ó t×m ra tû lÖ phÇn tr¨m träng l−îng b×nh qu©n c¸c nguyªn tè hãa häc. Sè liÖu c«ng bè ®· g©y nªn sù chó ý m¹nh mÏ cña c¸c nhµ khoa häc. Ng−êi ta gäi sè phÇn tr¨m träng l−îng nguyªn tö cña mçi nguyªn tè trong vá Tr¸i ®Êt lµ trÞ sè Clac. TrÞ sè Clac xem nh− lµ gi¸ trÞ trung b×nh c¸c nguyªn tè hãa häc ph©n bè trong vá Tr¸i ®Êt. Do t¸c dông cña c¸c qu¸ tr×nh ®Þa chÊt nªn c¸c nguyªn tè hãa häc ph©n bè kh«ng ®Òu. N¬i nµo tËp trung v−ît xa trÞ sè Clac th× cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh má kho¸ng s¶n. Cho ®Õn nay, ®· cã nhiÒu t¸c gi¶ c«ng bè trÞ sè Clac cña c¸c nguyªn tè hãa häc chñ yÕu trong vá Tr¸i ®Êt theo kÕt qu¶ nghiªn cøu cña mçi ng−êi (b¶ng 1). B¶ng 1: TrÞ sè Clac c¸c nguyªn tè chñ yÕu trong vá Tr¸i ®Êt Theo Clark vµ C¸c nguyªn Fesman G«lsmith Vin«gra®«v R«n«v vµ Washingt¬n tè chÝnh 1933, 1939 1937 1962 Iar«sevxki 1924 O 49.52 49.13 46.60 47.00 46.50 Si 25.75 26.00 27.72 29.50 25.70 Al 7.15 7.45 8.13 8.05 7.65 Fe 4.70 4.20 5.00 4.65 6.24 Ca 3.39 3.25 3.63 2.96 5.79 Na 2.64 2.40 2.83 2.50 1.81 Mg 1.94 2.35 2.09 1.87 3.23 K 2.43 2.35 2.59 2.50 1.34 1.3.3. Kho¸ng vËt t¹o ®¸ trong vá Tr¸i ®Êt Kho¸ng vËt ®−îc h×nh thµnh tõ nh÷ng nguyªn tè hãa häc hoÆc hîp chÊt hãa häc trong tù nhiªn do c¸c qu¸ tr×nh vËt lý, hãa häc x¶y ra trong vá Tr¸i ®Êt. §¹i ®a sè kho¸ng vËt ë thÓ r¾n, chØ cã mét sè Ýt ë thÓ láng nh− thñy ng©n, dÇu má, n−íc, … vµ mét sè ë thÓ khÝ nh− cacbonic, mªtan, hy®r«, .… VÒ h×nh th¸i vµ cÊu tróc, kho¸ng vËt cã c¸c d¹ng: v« ®Þnh h×nh, keo vµ kÕt tinh. - Kho¸ng vËt v« ®Þnh h×nh lµ kho¸ng vËt ë thÓ thñy tinh, c¸c ph©n tö vËt chÊt ch−a kÞp s¾p xÕp theo mét trËt tù cã tÝnh quy luËt tuÇn hoµn trong kh«ng gian, th−êng cã d¹ng cÇu, d¹ng ®Ëu, d¹ng thËn, d¹ng chu«ng, …. - Kho¸ng vËt d¹ng keo lµ kho¸ng vËt ë tr¹ng th¸i keo hoÆc tõ chÊt keo kÕt tinh l¹i. ChÊt keo gåm nh÷ng h¹t keo, cã kÝch th−íc rÊt nhá, tõ 10-5- 10-6mm, ®−îc h×nh thµnh do c¸c ph¶n øng hãa häc hay sinh vËt lµm hßa tan c¸c chÊt trong m«i tr−êng ®Êt ®¸. - Kho¸ng vËt kÕt tinh lµ kho¸ng vËt h×nh thµnh do sù kÕt tinh c¸c nguyªn tè hãa häc thµnh nh÷ng tinh thÓ (vËt thÓ do c¸c ion, nguyªn tö, ph©n tö ph©n bè mét c¸ch cã quy luËt tuÇn hoµn trong kh«ng gian) vµ g¾n kÕt l¹i víi nhau. NÐt ®Æc tr−ng cña tinh thÓ lµ cÊu tróc m¹ng, do c¸c h¹t vËt chÊt s¾p xÕp cã quy luËt trong kh«ng gian theo c¸c 7
nót m¹ng ®Ó t¹o thµnh « m¹ng trong tinh thÓ. Mçi tinh thÓ cã mét kiÓu « m¹ng riªng, ph¸t triÓn theo 1 ph−¬ng, 2 ph−¬ng hay 3 ph−¬ng: Ph¸t triÓn theo 1 ph−¬ng: Tinh thÓ cã d¹ng h×nh trô, h×nh kim nh− th¹ch anh, antimoan, hoenblen. Ph¸t triÓn theo 2 ph−¬ng: Tinh thÓ cã d¹ng phiÕn, tÊm nh− th¹ch anh, mica. Ph¸t triÓn ®Òu 3 ph−¬ng: Tinh thÓ cã d¹ng h¹t, h×nh cÇu nh− pyrit. Nguån gèc cña kho¸ng vËt cã thÓ lµ néi sinh hay ngo¹i sinh: - Kho¸ng vËt néi sinh h×nh thµnh liªn quan víi c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra ë trong vá Tr¸i ®Êt vµ ë phÇn trªn Manti nh− macma vµ biÕn chÊt; - Kho¸ng vËt ngo¹i sinh h×nh thµnh cã liªn quan víi c¸c qu¸ tr×nh ®Þa chÊt ë phÇn trªn vá Tr¸i ®Êt nh− phong hãa, trÇm tÝch. C¸c tÝnh chÊt vËt lý cña kho¸ng vËt do cÊu tróc tinh thÓ quyÕt ®Þnh, bao gåm: - TÝnh chÊt quang häc: §é trong suèt, ¸nh x¹, mµu s¾c, mµu vÕt v¹ch, …; - TÝnh chÊt c¬ häc: C¾t khai, mÆt vì, ®é cøng, …; - TÝnh chÊt vËt lý: Tû träng, tõ tÝnh, ®iÖn ¸p, …. B¶ng 2: L−îng kho¸ng vËt (% thÓ tÝch) ph©n bè ë vá Tr¸i ®Êt (Ronov, 1969) L−îng L−îng L−îng Kho¸ng vËt Kho¸ng vËt Kho¸ng vËt ph©n bè ph©n bè ph©n bè Plagiocla 39 Hocblen 5 Mannhetit, Inmenit 1,5 Octocla 12 Mica 5 Canxit 1,5 Th¹ch anh 12 Kho¸ng vËt sÐt 4,6 Dolomit 0,9 Pyroxen 11 Olivin 3 C¸c kho¸ng vËt kh¸c 4,5 1.3.4. C¸c lo¹i ®¸ theo nguån gèc thµnh t¹o §¸ lµ s¶n phÈm cña t¸c dông ®Þa chÊt, gåm tËp hîp cña mét hoÆc nhiÒu lo¹i kho¸ng vËt hay c¸c m¶nh vôn ®¸ liªn kÕt l¹i víi nhau t¹o thµnh. C¨n cø ®iÒu kiÖn sinh thµnh, chia ra c¸c lo¹i ®¸: 1. §¸ macma §¸ macma do macma phun lªn tõ trong Tr¸i ®Êt ph©n dÞ vµ kÕt tinh trong qu¸ tr×nh ®«ng nguéi t¹o thµnh. Macma lµ vËt chÊt dung nham ch¶y láng gåm c¸c silicat h×nh thµnh ë d−íi s©u trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao. Trong macma, ngoµi thµnh phÇn SiO2 cßn mét sè nguyªn tè kh¸c thuéc nhãm halogen vµ chÊt khÝ dÔ bay h¬i nh− CO2, S, …. C¨n cø m«i tr−êng thµnh t¹o chia ra: - Macma x©m nhËp gåm macma x©m nhËp s©u do macma ®«ng nguéi d−íi s©u trong vá Tr¸i ®Êt t¹o thµnh vµ macma x©m nhËp n«ng do macma ®«ng nguéi gÇn mÆt ®Êt (tõ 1- 3km) t¹o nªn. - Macma phun trµo do dung dÞch macma phun lªn hoÆc trµo ra trªn mÆt ®Êt ®«ng nguéi t¹o thµnh. 2. §¸ trÇm tÝch §¸ trÇm tÝch ®−îc h×nh thµnh do c¸c vËt liÖu ®Êt ®¸ vôn rêi tÝch tô vµ g¾n kÕt l¹i ë trong c¸c bån tròng. Nguån vËt liÖu vôn rêi ®−îc t¹o ra lµ do c¸c t¸c dông ®Þa chÊt ngo¹i sinh ®èi víi ®Êt ®¸ vá Tr¸i ®Êt hay do c¸c vËt liÖu tro bôi, h¹t ®Êt ®¸ phun ra tõ nói löa hay do tõ vò trô r¬i xuèng. 8
Theo nguån gèc vËt liÖu, ®¸ trÇm tÝch ®−îc chia ra c¸c lo¹i: ®¸ vôn c¬ häc; ®¸ vôn nói löa; ®¸ sÐt; ®¸ hãa häc vµ ®¸ sinh hãa. 3. §¸ biÕn chÊt §¸ biÕn chÊt ®−îc h×nh thµnh tõ c¸c ®¸ cã tr−íc (macma, trÇm tÝch hoÆc biÕn chÊt), bÞ biÕn ®æi vÒ thµnh phÇn, kiÕn tróc, cÊu t¹o khi ë trong ®iÒu kiÖn t¸c dông míi cña nhiÖt ®é, ¸p suÊt hoÆc dung dÞch hãa häc. Dùa vµo nh©n tè g©y biÕn chÊt chñ yÕu, ®¸ biÕn chÊt ®−îc chia ra c¸c lo¹i: biÕn chÊt tiÕp xóc; biÕn chÊt trao ®æi; biÕn chÊt ®éng lùc vµ biÕn chÊt khu vùc (biÕn chÊt nhiÖt ®éng). - BiÕn chÊt tiÕp xóc trao ®æi: BiÕn chÊt x¶y ra ë khu vùc tiÕp gi¸p gi÷a khèi macma nãng ch¶y víi ®¸ v©y quanh. T¸c dông cña nhiÖt ®é, khÝ, thµnh phÇn dung nham, … lµm biÕn ®æi c¬ b¶n thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña ®¸. NÕu sù biÕn ®æi ®ã chØ do nhiÖt ®é cao cña macma th× gäi lµ biÕn chÊt tiÕp xóc nhiÖt, nh−ng th−êng lµ qu¸ tr×nh biÕn chÊt tiÕp xóc trao ®æi. - BiÕn chÊt ®éng lùc: BiÕn chÊt do t¸c dông cña ¸p suÊt cao sinh ra trong qu¸ tr×nh kiÕn t¹o lµm cho ®Êt ®¸ bÞ mÊt n−íc, gi¶m ®é rçng vµ liªn kÕt chÆt h¬n. - BiÕn chÊt khu vùc: Lµ lo¹i biÕn chÊt x¶y ra ë d−íi s©u (trªn 6- 8km), d−íi t¸c dông ®ång thêi cña nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao. Trong c¸c lo¹i ®¸ trªn, ®¸ macma chiÕm chñ yÕu trong vá Tr¸i ®Êt, kho¶ng 89% träng l−îng, ®¸ trÇm tÝch chiÕm 5%, cßn ®¸ biÕn chÊt lµ 6%. Tuy nhiªn, nÕu tÝnh theo diÖn ph©n bè trªn mÆt ®Êt th× ®¸ trÇm tÝch chiÕm kho¶ng 75% diÖn tÝch lôc ®Þa, cßn ®¸ biÕn chÊt vµ ®¸ macma chiÕm 25%. 1.4. C¸c qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®¸ vµ biÕn ®æi ®¸ 1.4.1. Qu¸ tr×nh ph©n dÞ, ®ång hãa h×nh thµnh ®¸ macma Qu¸ tr×nh ®«ng nguéi cña macma diÔn ra kh¸ phøc t¹p, kh«ng nh÷ng t¹o ra c¸c ®¸ kh¸c nhau mµ cßn ®ång hãa c¸c ®¸ v©y quanh ®Ó t¹o thµnh c¸c ®¸ míi. 1- T¸c dông ph©n dÞ dung ly: T¸c dông ph©n dÞ dung ly xuÊt hiÖn khi macma ®ang cßn ë tr¹ng th¸i láng nªn cßn gäi lµ ph©n dÞ láng. Trong khi ®«ng nguéi, do ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é h¹ thÊp dÇn, tõ dung dÞch macma ph©n ly c¸c thµnh phÇn kh«ng hßa tan. Nh÷ng thµnh phÇn nÆng l¾ng ®äng xuèng d−íi cßn thµnh phÇn nhÑ ph©n bè ë trªn. Thùc tÕ cho thÊy, macma silicat cã Ca, Mg, khi ë nhiÖt ®é trªn 15000C nã cã thÓ hßa tan tõ 6% ®Õn 7% c¸c muèi sufua. Khi nhiÖt ®é h¹ thÊp xuèng d−íi 15000C th× muèi sunfua t¸ch ra khái macma vµ l¾ng xuèng ®¸y. 2- T¸c dông ph©n dÞ kÕt tinh: Khi nhiÖt ®é h¹ thÊp, c¸c thµnh phÇn kho¸ng vËt sÏ lÇn l−ît kÕt tinh. Mçi kho¸ng vËt cã dung ®iÓm kÕt tinh riªng. T¸c dông ph©n dÞ lµ sù kÕt tinh theo tr×nh tù c¸c kho¸ng vËt t¸ch ra khái macma khi nhiÖt ®é h¹ thÊp dÇn. Tr−íc tiªn lµ ph©n dÞ kÕt tinh c¸c kho¸ng vËt silicat chøa nhiÒu s¾t vµ magiª. C¸c kho¸ng vËt sÉm mµu kÕt tinh theo thø tù tõ «livine, pyr«xen, amfibol ®Õn bi«tit. C¸c kho¸ng vËt nh¹t mµu kÕt tinh lÇn l−ît tõ an«ctit, an®ezit, anbit, oct«cla ®Õn th¹ch anh. Nh×n chung, t¸c dông ph©n dÞ dung ly vµ ph©n dÞ kÕt tinh ®Òu chÞu ¶nh h−ëng cña träng lùc nªn c¸c kho¸ng vËt cã tû träng lín nh− nhãm «livin l¾ng ®äng ë ®¸y, cßn c¸c kho¸ng vËt nhÑ nh− fenpat, th¹ch anh næi ë trªn, tõ ®ã h×nh thµnh c¸c lo¹i ®¸ macma. Trong qu¸ tr×nh ph©n dÞ, sau khi c¸c kho¸ng vËt silicat kÕt tinh, mét sè thµnh phÇn chÊt bèc ®−îc t¨ng lªn t−¬ng ®èi. Khi nhiÖt ®é tiÕp tôc h¹ thÊp, chóng h×nh thµnh macma tµn d− ph©n bè ë tÇng trªn cña macma hoÆc ë mét phÇn nhÊt ®Þnh. 9
3- T¸c dông ph©n dÞ khÝ thµnh: Trong macma tµn d− cã rÊt nhiÒu chÊt bèc víi ®Æc tr−ng lµ ®iÓm nãng ch¶y thÊp, thµnh phÇn bèc h¬i nhiÒu, ho¹t tÝnh hãa häc m¹nh, do ®ã dÔ cïng víi c¸c kim lo¹i trong macma, nhÊt lµ c¸c nguyªn tè kim lo¹i hiÕm hãa hîp thµnh kho¸ng vËt. Khi nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña macma h¹ xuèng, c¸c kho¸ng vËt nµy t¸ch ra khái macma vµ ®äng l¹i trong c¸c khe nøt, c¸c hèc cña ®¸ v©y quanh. Qu¸ tr×nh nµy x¶y ra sau ph©n dÞ macma nªn ®−îc gäi lµ ph©n dÞ khÝ thµnh. Nã dÔ t¹o ra nhiÒu kho¸ng sµng kim lo¹i cã gi¸ trÞ. 4- T¸c dông ®ång hãa hçn nhiÔm: §¸ v©y quanh macma cã sù kh¸c nhau nhiÒu vÒ thµnh phÇn hãa häc vµ tÝnh chÊt vËt lý. V× thÕ, khi macma x©m nhËp vµo ®¸ v©y quanh th× x¶y ra sù trao ®æi hãa lý gi÷a chóng. NhiÖt ®é, ¸p suÊt còng nh− tÝnh chÊt hãa häc cña c¸c thµnh phÇn macma sÏ lµm cho phÇn tiÕp xóc cña ®¸ v©y quanh hßa tan, biÕn ®æi, bæ sung vµo thµnh phÇn macma. §ã chÝnh lµ t¸c dông ®ång hãa hçn nhiÔm. Møc ®é ®ång hãa hçn nhiÔm cµng m¹nh khi nhiÖt ®é macma cµng cao, quy m« cña thÓ macma cµng lín, sù kh¸c biÖt vÒ thµnh phÇn vËt chÊt macma vµ ®¸ v©y quanh còng nh− ®é nøt nÎ cña ®¸ v©y quanh cµng nhiÒu. 1.4.2. Qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®¸ trÇm tÝch Qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®¸ trÇm tÝch cã thÓ ®−îc chia ra thµnh 3 giai ®o¹n: - Giai ®o¹n 1- h×nh thµnh vËt liÖu trÇm tÝch: Ph¸ hñy ®¸ t¹o nªn c¸c m¶nh vôn ®Êt ®¸, dung dÞch, gäi lµ giai ®o¹n t¹o vËt liÖu trÇm tÝch. - Giai ®o¹n 2- vËn chuyÓn vµ l¾ng ®äng vËt liÖu trÇm tÝch: D−íi t¸c ®éng cña dßng n−íc vµ giã, vËt liÖu m¶nh vôn ®−îc vËn chuyÓn, tuyÓn lùa vµ tÝch ®äng t¹o thµnh líp trÇm tÝch mÒm rêi hoÆc kÕt tña. - Giai ®o¹n 3- thµnh ®¸: D−íi t¸c dông cña ¸p lùc, träng lùc vµ c¸c dung dÞch kÕt tña trong n−íc, vËt liÖu trÇm tÝch ®−îc nÐn chÆt vµ g¾n kÕt l¹i thµnh ®¸. 1. Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ l¾ng ®äng vËt liÖu trÇm tÝch Khi ®¸ lé ra trªn mÆt ®Êt vµ bÞ ph¸ hñy, mét phÇn hßa tan trong n−íc t¹o thµnh dung dÞch, cßn phÇn lín tån t¹i d−íi d¹ng nh÷ng h¹t vôn rêi cã kÝch th−íc kh¸c nhau. C¸c h¹t vËt liÖu vôn rêi bÞ n−íc hoÆc giã mang ®i råi tÝch tô l¹i thµnh c¸c líp ®Êt cã nguån gèc trÇm tÝch. Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ tÝch tô vËt liÖu vôn rêi phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè, trong ®ã chñ yÕu lµ ®éng n¨ng cña dßng ch¶y, cña giã, kÝch th−íc, h×nh d¹ng vµ khèi l−îng thÓ tÝch c¸c h¹t ®Êt ®¸. KÕt qu¶ cña ho¹t ®éng vËn chuyÓn, tÝch tô vËt liÖu ®Êt ®¸ vôn rêi cã thÓ t¹o nªn nh÷ng lo¹i ®Êt cã thµnh phÇn, kÝch th−íc h¹t kh¸c nhau, h¹t ®Òu hay kh«ng ®Òu, s¾c c¹nh hay trßn c¹nh, … vµ do ®ã, tÝnh chÊt c¬ lý cña chóng còng rÊt kh¸c nhau. §Ó hiÓu râ qu¸ tr×nh trÇm tÝch vËt liÖu ®Êt ®¸, chóng ta xem xÐt cô thÓ ®iÒu kiÖn vËn chuyÓn vµ tÝch tô c¸c h¹t ®Êt ®¸, b»ng c¸ch ph©n tÝch c¸c lùc t¸c dông vµo h¹t ®Êt ®¸ trong m«i tr−êng n−íc vËn ®éng. Gi¶ sö trong dßng ch¶y cã mét h¹t h×nh cÇu ®−êng kÝnh d (h×nh 1), dßng ch¶y cã tèc ®é v, lùc thuû ®éng P t¸c dông lªn h¹t x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: v2 π P = γ 0a . d 2 (1) 2g 4 Lùc ma s¸t gi÷a h¹t vµ ®¸y s«ng ®−îc x¸c ®Þnh: π T = f( γ - γ0) . d 3 (2) 6 10
Trong ®ã: T- lùc ma s¸t gi÷a h¹t vµ ®¸y s«ng; a- hÖ sè phô thuéc vµo h×nh d¹ng h¹t; PT f- hÖ sè ma s¸t; v γ- khèi l−îng thÓ tÝch cña h¹t; T P γ0- khèi l−îng riªng cña n−íc; g- gia tèc träng tr−êng. Q H×nh 1: S¬ ®å c¸c lùc t¸c dông vµo h¹t ®Êt ®¸ trong dßng ch¶y ë tr¹ng th¸i c©n b»ng giíi h¹n cã P = T, tèc ®é dßng ch¶y t−¬ng øng víi vgh, 2 v gh π 1 4g γ γ 0a . d 2 = f (γ − γ 0 ) π .d 3 → vgh = f ( − 1) (3) 2g 4 6 3a γ 0 Khi dßng ch¶y cã vËn tèc lín h¬n vgh, h¹t bÞ cuèn tr«i. NÕu h¹t va ch¹m vµo h¹t kh¸c, nã cã thÓ bÞ ®Èy næi lªn vµ d−íi t¸c dông cña träng l−îng b¶n th©n Q, h¹t l¹i cã xu h−íng ch×m xuèng. NÕu gäi tèc ®é næi lªn cña h¹t lµ u th× lùc ®Èy næi thuû ®éng t¸c dông vµo h¹t lµ PT ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: u2 π PT = γ 0 a . d 2 (4) 2g 4 Muèn cho h¹t kh«ng ch×m th× lùc ®Èy næi thuû ®éng ph¶i c©n b»ng víi träng l−îng b¶n th©n h¹t, tøc lµ PT = Q. Khi ®ã tèc ®é l¾ng ch×m t−¬ng øng víi ugh. 2 u gh π 1 4g γ − γ 0 γ 0a . d 2 = (γ − γ 0 ) πd 3 → u gh = . d (5) 2g 4 6 3a γ 0 NÕu nh− tèc ®é næi lªn cña h¹t lín h¬n ugh th× h¹t sÏ næi vµ bÞ mang ®i theo dßng ch¶y, nÕu b»ng hoÆc nhá h¬n th× h¹t ch×m ë ®¸y s«ng. ugh chÝnh lµ gi¸ trÞ giíi h¹n gi÷a h×nh thøc vËn chuyÓn næi vµ l¨n, phô thuéc vµo tèc ®é dßng ch¶y. NÕu gäi tèc ®é giíi h¹n gi÷a h×nh thøc vËn chuyÓn næi vµ l¨n lµ v gh ' th×: 4g γ − γ 0 ' v gh = mv .u gh → v gh ' = mv . d (6) 3a γ 0 Trong ®ã: mv- hÖ sè tû lÖ, cã gi¸ trÞ tõ 1,2- 2,0. BiÓu thøc nµy cho phÐp x¸c ®Þnh ®Æc ®iÓm vËn chuyÓn cña h¹t. NÕu v > v gh ' → h¹t næi vµ bÞ mang theo dßng ch¶y; v gh < v < v gh ' → h¹t ch×m vµ bÞ cuèn l¨n ë ®¸y; v < v gh → h¹t ch×m vµ l¾ng ®äng t¹i chç. Nh− vËy, qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ tÝch tô vËt liÖu ®Êt ®¸ cã quy luËt rÊt râ rµng: H¹t chØ cã thÓ l¾ng ®äng trong m«i tr−êng n−íc khi tèc ®é dßng ch¶y nhá h¬n tèc ®é giíi h¹n t−¬ng øng víi träng l−îng cña nã. Quy luËt nµy t¹o ra ®Æc tÝnh ph©n dÞ cña c¸c líp trÇm tÝch vµ ®−îc gäi lµ quy luËt ph©n dÞ träng lùc. Trªn mÆt c¾t ®Þa chÊt, theo chiÒu tõ d−íi lªn, c¸c líp ®Êt ®¸ trÇm tÝch th−êng cã cì h¹t nhá dÇn, do bÞ chi phèi bëi tèc ®é dßng ch¶y trong qu¸ tr×nh thµnh t¹o. Quy luËt ph©n dÞ träng lùc kh«ng nh÷ng chi phèi thµnh phÇn h¹t trÇm tÝch mµ cßn ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn møc ®é trßn c¹nh cña h¹t. Tr−êng hîp vËt liÖu vôn rêi di chuyÓn Ýt trong m«i tr−êng n−íc th× h¹t cã møc ®é trßn c¹nh kÐm hoÆc s¾c c¹nh, nh−ng nÕu di 11
chuyÓn nhiÒu, ®Æc biÖt lµ di chuyÓn theo h×nh thøc cuèn l¨n ë ®¸y th× h¹t cã møc ®é trßn c¹nh tèt do bÞ mµi mßn trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn. 2. Qu¸ tr×nh r¾n kÕt h×nh thµnh ®¸ trÇm tÝch Qu¸ tr×nh biÕn c¸c vËt liÖu trÇm tÝch vôn rêi thµnh ®¸ cøng r¾n dÉn ®Õn kÕt qu¶ lµ l−îng n−íc vµ ®é lç hæng trong ®¸ bÞ gi¶m m¹nh, tû träng t¨ng lªn, c¸c h¹t rêi r¹c ®−îc g¾n kÕt l¹i víi nhau hay t¸i kÕt tinh. Qu¸ tr×nh r¾n kÕt thµnh ®¸ trÇm tÝch x¶y ra do t¸c dông nÐn cøng, g¾n kÕt vµ t¸i kÕt tinh. 1- T¸c dông nÐn chÆt: D−íi t¸c dông ¸p lùc ®Þa tÇng (träng lùc) cña tÇng trÇm tÝch n»m trªn lµm cho vËt liÖu trÇm tÝch bÞ nÐn chÆt l¹i. ThÝ dô: vËt liÖu sÐt khi trÇm tÝch (®Êt sÐt) th−êng cã ®é lç rçng trªn 80%, ®é Èm tõ 80- 90%, nh−ng sau khi bÞ nÐn chÆt (thµnh ®¸ phiÕn sÐt), ®é lç rçng chØ cßn 20%, gi÷a c¸c h¹t xuÊt hiÖn lùc hót ph©n tö liªn kÕt chóng víi nhau. MÆt kh¸c, khi chiÒu dµy vËt liÖu trÇm tÝch t¨ng th× ¸p lùc tÜnh vµ nhiÖt ®é còng t¨ng theo, lµm cho c¸c ph©n tö n−íc trong chÊt keo vµ c¸c kho¸ng vËt chøa n−íc bÞ ®Èy ra khái cÊu tróc tinh thÓ, t¹o thµnh kho¸ng vËt míi. (¸p suÊt 50 kG/cm2, 420C) CaSO4.2H2O CaSO4 (th¹ch cao) (anhy®rit) SiO4.nH2O SiO2 («pan) (canxª®oan) Fe2O3.nH2O Fe2O3 (lim«nit) (hªmatit) Tuy nhiªn, trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn, nÕu chØ cã ¸p lùc nÐn th× vËt liÖu trÇm tÝch còng kh«ng ®Ó t¹o thµnh ®¸ mµ cßn cÇn nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¸c. 2- T¸c dông g¾n kÕt: C¸c hîp chÊt cña Ca, Si, Fe, Al, c¸c h¹t sÐt, bôi n»m xen trong lç hæng cña vËt liÖu trÇm tÝch, khi bÞ nÐn chÆt th× cã t¸c dông lµ xi m¨ng g¾n kÕt c¸c h¹t l¹i. C¸c xi m¨ng g¾n kÕt cã thÓ h×nh thµnh cïng víi vËt liÖu trÇm tÝch (xi m¨ng ®ång sinh) hoÆc do n−íc d−íi ®Êt mang tíi hay do b¶n th©n vËt liÖu trÇm tÝch khi bÞ Ðp nÐn th× mét phÇn trong chóng bÞ hßa tan vµ t¹o ra (xi m¨ng thø sinh). 3- T¸c dông t¸i kÕt tinh: §©y lµ t¸c dông lµm kÕt tinh l¹i mét phÇn tõ dung dÞch ®Ó thµnh tinh thÓ míi hoÆc tõ c¸c tinh thÓ h¹t nhá trë thµnh c¸c tinh thÓ h¹t lín trong qu¸ tr×nh thµnh ®¸ trÇm tÝch. KÕt qu¶ cña t¸c dông t¸i kÕt tinh lµ lµm cho dung dÞch, chÊt keo, xi m¨ng hãa thµnh tinh thÓ, c¸c h¹t nhá trë thµnh h¹t lín, h¹t rêi r¹c trë thµnh chÆt xÝt, cøng r¾n. Nh− vËy, t¸c dông cña qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh lµm cho vËt liÖu trÇm tÝch trë thµnh ®¸ trÇm tÝch, c¸c sinh vËt b¶o tån ë d¹ng hãa ®¸, tÝnh chÊt xÕp líp trong lóc l¾ng ®äng trÇm tÝch ®−îc gi÷ l¹i thµnh c¸c cÊu t¹o líp. 1.4.3. Qu¸ tr×nh g©y biÕn chÊt ®¸ Qu¸ tr×nh biÕn chÊt ®¸ x¶y ra rÊt phøc t¹p, víi sù tham gia cña nhiÒu nh©n tè. Nh×n chung, cã 3 ph−¬ng thøc t¸c dông trong qu¸ tr×nh biÕn chÊt: 1- T¸c dông t¸i kÕt tinh: T¸c dông g©y nãng ch¶y, di chuyÓn vµ kÕt tinh l¹i, t¹o ra tinh thÓ hoÆc h¹t lín h¬n trong tr¹ng th¸i r¾n. Qu¸ tr×nh nµy kh«ng h×nh thµnh kho¸ng vËt míi mµ chØ lµm thay ®æi kiÕn tróc cña ®¸: h¹t nhá biÕn thµnh h¹t to; h¹t ®Òu h¬n; h¹t cã gãc c¹nh trë thµnh trßn c¹nh. ThÝ dô: ®¸ v«i cã thµnh phÇn hãa häc lµ canxit, 12
kiÕn tróc Èn tinh, tr¶i qua qu¸ tr×nh biÕn chÊt t¸i kÕt tinh th× trë thµnh ®¸ cã cÊu t¹o h¹t to h¬n nh−ng thµnh phÇn chñ yÕu vÉn lµ canxit. 2- T¸c dông t¸i kÕt hîp: Trong ®iÒu kiÖn ¸p lùc, nhiÖt ®é cao, cã thÓ g©y ra c¸c ph¶n øng hãa häc, mét sè lo¹i kho¸ng vËt trong ®¸ kÕt hîp víi nhau t¹o ra kho¸ng vËt míi trong tæng thÓ thµnh phÇn hãa häc kh«ng ®æi, kh«ng cã thµnh phÇn míi ®−a vµo hoÆc thµnh phÇn cò mÊt ®i. Tuy nhiªn, trong nhiÒu tr−êng hîp, t¸c dông t¸i kÕt hîp ë c¸c ph¶n øng hãa häc cã sù tham gia cña n−íc vµ cacbonic. Cã 3 d¹ng t¸i kÕt hîp chñ yÕu: - D¹ng chuyÓn ®æi ®ång chÊt nhiÒu pha: Kho¸ng vËt bÞ biÕn chÊt trong ®iÒu kiÖn pha r¾n d−íi sù khèng chÕ cña ¸p lùc vµ nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh (kh«ng cã H2O vµ CO2 tham gia). ThÝ dô: An®aluzit, ®isten, silimanit ®Òu cïng cã thµnh phÇn hãa häc lµ Al2SiO5 nh−ng chóng ®−îc thµnh t¹o ë c¸c ®iÒu kiÖn hãa lý kh¸c nhau. - D¹ng ph¶n øng tho¸t n−íc vµ thñy hãa: Khi nhiÖt ®é t¨ng cao, n−íc trong kho¸ng vËt tho¸t ®i vµ t¹o ra kho¸ng vËt míi. ThÝ dô: khi nhiÖt ®é t¨ng cao, caolinit mÊt n−íc trë thµnh bay®elit: Al4[Si4O10][OH]8 + 4SiO2 → 2Al2[Si4O10][OH]2 +2H2O MÆt kh¸c, ®èi víi c¸c kho¸ng vËt nghÌo n−íc, khi gÆp n−íc th× kÕt hîp víi n−íc vµ biÕn thµnh kho¸ng vËt míi nh− bazan thñy hãa thµnh clozit. - D¹ng ph¶n øng gi¶i phãng cacbon: C¸c ®¸ trÇm tÝch cã thµnh phÇn canxi, khi nhiÖt ®é t¨ng cao th−êng cã ph¶n øng gi¶i phãng cacbon, cacbonic t¹o ra kho¸ng vËt míi. ThÝ dô: trong ®¸ v«i cã SiO2, khi nhiÖt ®é n©ng cao, cacbon mÊt ®i ®Ó t¹o ra c¸c kho¸ng vËt volastonit. CaCO3 + SiO2 → CaSiO2 + CO2 Nh− vËy, trong qu¸ tr×nh biÕn chÊt, mçi kho¸ng vËt cã mét ph¹m vi c©n b»ng æn ®Þnh vÒ ¸p lùc vµ nhiÖt ®é, khi ®iÒu kiÖn ¸p lùc, nhiÖt ®é biÕn ®æi th× kho¸ng vËt biÕn ®æi theo vµ trong ®¸ h×nh thµnh tæ hîp kho¸ng vËt míi. 3- T¸c dông trao ®æi biÕn chÊt: Qu¸ tr×nh biÕn chÊt mµ trong ®ã cã sù trao ®æi vËt chÊt gi÷a thÓ láng vµ thÓ r¾n t¹o thµnh kho¸ng vËt míi, lµm cho tæng l−îng thµnh phÇn hãa häc trong ®¸ biÕn ®æi. Trong ®iÒu kiÖn biÕn chÊt m·nh liÖt hoÆc biÕn chÊt do ho¹t ®éng macma th× ngoµi H2O, CO2 ra, c¸c nguyªn tè K, Na, Ca, Mg, Fe, Si, Al, … còng trë nªn linh ho¹t h¬n. Chóng t¹o nªn c¸c dßng ch¶y cã ho¹t tÝnh hãa häc m¹nh. Dßng ch¶y t¸c ®éng víi kho¸ng vËt ®¸ nguyªn gèc, h×nh thµnh sù trao ®æi, thay thÕ vËt chÊt ®Ó t¹o ra c¸c kho¸ng vËt míi. ThÝ dô: dung dÞch b·o hßa Na+ khi tiÕp xóc víi octocla, Na+ thay thÕ K+ ®Ó t¹o ra kho¸ng vËt míi lµ anbit. Ion K+ gi¶i tho¸t ra l¹i ®−îc dung dÞch mang ®i n¬i kh¸c. Ng−îc l¹i, nÕu dung dÞch b·o hßa K+ th× K+ cã thÓ thay thÕ Na+ trong anbit ®Ó t¹o thµnh oct«claz. 1.4.4. Qu¸ tr×nh phong hãa biÕn ®æi ®Êt ®¸ Qu¸ tr×nh phong ho¸ lµ tæng hîp c¸c qu¸ tr×nh vËt lý, ho¸ häc vµ sinh vËt lµm biÕn ®æi thµnh phÇn, kiÕn tróc, cÊu t¹o, tr¹ng th¸i cña ®¸. Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh phong ho¸ lµ ph¸ vì mèi liªn kÕt kÕt tinh (liªn kÕt ion, liªn kÕt céng hãa trÞ, …) cã ®é bÒn cao trong c¸c tinh thÓ, kho¸ng vËt t¹o ®¸, h×nh thµnh c¸c kho¸ng vËt thø sinh d¹ng ph©n t¸n víi mèi liªn kÕt keo n−íc (liªn kÕt ph©n tö, i«n tÜnh ®iÖn) mÒm yÕu. Qu¸ tr×nh phong ho¸ ®¸ lµm biÕn ®æi ®¸ cøng, ®¸ nöa cøng thµnh c¸c lo¹i ®Êt cã tÝnh chÊt c¬ lý kh¸c h¼n 13
nh− ®é bÒn gi¶m, ®é biÕn d¹ng, ®é thÊm n−íc t¨ng, .... Cã thÓ nãi, qu¸ tr×nh phong hãa ®¸ vµ qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®¸ trÇm tÝch lµ hai qu¸ tr×nh biÕn ®æi thuËn nghÞch. 1. T¸c dông ho¸ lý xÈy ra trong qu¸ tr×nh phong ho¸ a. T¸c dông vËt lý lµm ph¸ vì khèi ®¸ - T¸c dông cña nhiÖt ®é: T¸c dông cña nhiÖt ®é trong qu¸ tr×nh phong ho¸ vËt lý chñ yÕu thÓ hiÖn ë t¸c ®éng do sù dao ®éng cña nhiÖt ®é theo ngµy ®ªm vµ theo mïa (mïa nãng vµ mïa l¹nh). Do ®Æc tÝnh dÉn nhiÖt vµ møc ®é d·n në cña c¸c kho¸ng vËt t¹o ®¸ kh¸c nhau, sù biÕn ®æi cña nhiÖt ®é lµm thÓ tÝch cña kho¸ng vËt vµ khèi ®¸ thay ®æi theo. Sù thay ®æi nµy x¶y ra kh¸c nhau gi÷a phÇn trong vµ phÇn ngoµi cña khèi ®¸, gi÷a c¸c kho¸ng vËt t¹o ®¸ kh¸c nhau, tõ ®ã ph¸t sinh c¸c lùc ph¸ vì khèi ®¸. - T¸c dông c¬ häc cña sinh vËt: Sù ph¸t triÓn cña rÔ c©y hay kÕt tinh cña n−íc, muèi trong c¸c khe hæng khèi ®¸ dÉn tíi thay ®æi thÓ tÝch cña chóng vµ t¹o ra lùc c¬ häc më réng khe nøt, ph¸ vì khèi ®¸. b. T¸c dông ho¸ häc ph©n huû ®Êt ®¸ - Ph¶n øng hoµ tan: N−íc cã t¸c dông hoµ tan c¸c ®¸, ®Æc biÖt lµ ®¸ cã chøa c¸c muèi dÔ hoµ tan nh− muèi thuéc nhãm halozen (muèi ¨n), sunfat (th¹ch cao), cacbonat (®¸ v«i). Sù hoµ tan xÈy ra chñ yÕu do t¸c dông cña ion hy®r« vµ cacbonic cã trong n−íc lµm ph¸ vì m¹ng tinh thÓ cña c¸c muèi. - Ph¶n øng «xy ho¸: Ph¶n øng «xy ho¸ x¶y ra do t¸c dông cña «xy trong n−íc vµ kh«ng khÝ ®èi víi c¸c kho¸ng vËt t¹o ®¸. Qu¸ tr×nh «xy ho¸ biÕn ®æi c¸c hîp chÊt «xyt thÊp cña kim lo¹i thµnh hîp chÊt «xyt cao, kÕt qu¶ lµm biÕn ®æi kho¸ng vËt t¹o ®¸. T¸c dông «xy ho¸ x¶y ra m¹nh trong c¸c kho¸ng vËt quÆng, ®Æc biÖt lµ c¸c lo¹i quÆng kim lo¹i s¾t nh− pirit, hªmatit, limonit, .... - Ph¶n øng thuû ho¸ (hîp n−íc): Ph¶n øng nµy lµ ph¶n øng kÕt hîp cña c¸c ph©n tö n−íc tham gia vµo m¹ng tinh thÓ kho¸ng vËt, t¹o nªn m¹ng hy®rat ho¸ vµ lµm biÕn ®æi ®¸ nh− biÕn ®æi anhy®rit thµnh th¹ch cao. - Ph¶n øng thuû ph©n: §©y lµ ph¶n øng ho¸ häc g©y ph¸ huû chñ yÕu c¸c kho¸ng vËt t¹o ®¸ mµ phæ biÕn lµ c¸c kho¸ng vËt gèc silicat, do c¸c cÆp ocxon (H+- OH-) tham gia vµo c¸c m¹ng tinh thÓ kho¸ng vËt t¹o ®¸ vµ ®Èy c¸c ion kim lo¹i kiÒm, kiÒm thæ (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Si4+, Al3+, ...) ra khái chóng, t¹o nªn c¸c kho¸ng vËt thø sinh. Sù t¸c dông nµy cã thÓ lµm biÕn ®æi m¹ng tinh thÓ tõ kiÕn tróc khung sang d¹ng líp vµ dÇn dÇn ph©n r· thµnh tõng phÇn riªng biÖt. - Ph¶n øng cacbonat ho¸: Ph¶n øng cacbonat ho¸ lµ ph¶n øng gi÷a cacbonic hoµ tan trong n−íc víi kho¸ng vËt t¹o ®¸, t¹o thµnh c¸c muèi cacbonat. Cacbonic cßn t¸c dông víi cacbonat khã hoµ tan t¹o thµnh muèi bicacbonat dÔ hoµ tan trong m«i tr−êng n−íc d−íi d¹ng ph©n ly. Nh×n chung, c¸c t¸c dông ho¸ lý x¶y ra trong qu¸ tr×nh phong hãa cã thÓ m¹nh hay yÕu cßn phô thuéc vµo thµnh phÇn, kiÕn tróc, cÊu t¹o, tÝnh chÊt cña ®¸ vµ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng tù nhiªn xung quanh. 2. C¸c giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh phong ho¸ ®¸ Qu¸ tr×nh phong ho¸ xÈy ra rÊt phøc t¹p. Sù ph¸t triÓn cña qu¸ tr×nh phong ho¸, tõ khi b¾t ®Çu cho ®Õn khi h×nh thµnh s¶n phÈm phong hãa cuèi cïng bÒn v÷ng, æn ®Þnh thÓ hiÖn tÝnh giai ®o¹n râ rÖt. KÕt qu¶ nghiªn cøu cña V.V. P«l−n«v cho thÊy, cã thÓ chia qu¸ tr×nh phong ho¸ thµnh 4 giai ®o¹n. 14
1- Giai ®o¹n vì vôn: §©y lµ giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh phong ho¸. ë giai ®o¹n nµy, phong ho¸ vËt lý chiÕm −u thÕ. T¸c dông phong ho¸ x¶y ra ë giai ®o¹n nµy chñ yÕu lµ ph¸ huû c¬ häc cã t¸c dông lµm vì vôn ®¸ nh−ng kh«ng lµm biÕn ®æi thµnh phÇn kho¸ng vËt vµ ho¸ häc cña ®¸. 2- Giai ®o¹n sialÝt kiÒm (sialÝt v«i ho¸): Giai ®o¹n nµy b¾t ®Çu xÈy ra phong ho¸ ho¸ häc, c¸c muèi ®¬n gi¶n vµ muèi dÔ hoµ tan cña c¸c kim lo¹i kiÒm, kiÒm thæ bÞ hoµ tan vµ mang ®i khái m¹ng tinh thÓ cña ®¸ phong ho¸, b¾t ®Çu thuû ho¸ vµ thuû ph©n c¸c kho¸ng vËt, mét phÇn c¸c kim lo¹i kiÒm, kiÒm thæ bÞ röa tr«i vµ mang ®i, c¸c kho¸ng vËt thø sinh h×nh thµnh nh− hy®r«mica, hy®r«clorit, bay®elit, m«nm«ril«nit, ..., tÝch luü cacbonat canxi khã hoµ tan vµ v«i ho¸ c¸c kho¸ng vËt (Ca + C02 → CaC03↓). 3- Giai ®o¹n sialit axit: Sù ph¸ huû ho¸ häc xÈy ra trong giai ®o¹n nµy m¹nh mÏ nhÊt, kh«ng nh÷ng kho¸ng vËt dÔ hoµ tan mµ c¶ kho¸ng vËt t−¬ng ®èi æn ®Þnh còng bÞ ph¸ huû. §Æc tr−ng cña giai ®o¹n nµy lµ röa tr«i l©u dµi kiÒm vµ Si02 ra khái c¸c silicat ®ang bÞ ph¸ huû, m«i tr−êng dÇn dÇn chuyÓn tõ kiÒm sang axit, c¸c silic¸t ph©n huû cµng m·nh liÖt, b¾t ®Çu viÖc di chuyÓn c¸c hîp chÊt khã hoµ tan nh− Al203, Fe203, Mn02, ..., c¸c kho¸ng vËt sÐt thø sinh h×nh thµnh trong giai ®o¹n tr−íc bÞ mÊt kiÒm (Mg2+, K+, Na+, ...) h×nh thµnh c¸c kho¸ng vËt sÐt míi nh− kaolinit, haluazit, .... 4- Giai ®o¹n alit: §©y lµ giai ®o¹n phong ho¸ ho¸ häc cao nhÊt, c¸c kho¸ng vËt æn ®Þnh cao nh− th¹ch anh còng bÞ ph¸ huû, c¸c kho¸ng vËt ®¬n gi¶n, c¸c hîp chÊt bÒn v÷ng trong m«i tr−êng phong ho¸ nh− c¸c «xyt s¾t, «xyt nh«m, mangan ®−îc h×nh thµnh vµ tÝch ®äng l¹i ngµy cµng nhiÒu. Sù tÝch ®äng nµy, cã thÓ dÉn tíi h×nh thµnh ®íi laterit (®íi tµn tÝch giµu «xyt s¾t, nh«m) hay tÇng ®¸ ong (ë nh÷ng ®iÒu kiÖn thÝch hîp). Sù h×nh thµnh c¸c giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh phong ho¸ trªn phô thuéc rÊt quan träng vµo ®iÒu kiÖn khÝ hËu, ®Æc ®iÓm ®Þa h×nh vµ ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt thñy v¨n. Cã n¬i, qu¸ tr×nh phong ho¸ xÈy ra ®Çy ®ñ theo c¶ 4 giai ®o¹n trªn, nh−ng còng cã n¬i chØ ph¸t triÓn 1- 2 giai ®o¹n hay 3 giai ®o¹n. 3. Sù biÕn ®æi cña ®Êt ®¸ trong qu¸ tr×nh phong ho¸ Nh− ®· biÕt, qu¸ tr×nh phong ho¸ lµm biÕn ®æi ®¸ c¶ vÒ thµnh phÇn, kiÕn tróc, cÊu t¹o, tr¹ng th¸i, tÝnh chÊt c¬ lý, .... Møc ®é biÕn ®æi tuú thuéc vµo møc ®é phong ho¸, phong ho¸ cµng m¹nh th× biÕn ®æi cµng lín. VÒ mÇu s¾c: C¸c ®¸ sau khi bÞ phong ho¸ cã mÇu kh¸c h¼n víi ®¸ cßn t−¬i, chóng th−êng cã mµu loang læ vµ sÉm h¬n. VÒ cÊu tróc: Qu¸ tr×nh phong ho¸ lµm ph¸ huû hoµn toµn cÊu tróc cña ®¸, tõ mèi liªn kÕt hãa häc bÒn v÷ng chuyÓn sang liªn kÕt keo n−íc (liªn kÕt yÕu, kh«ng æn ®Þnh), thËm chÝ kh«ng cßn mèi liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t. VÒ thµnh phÇn kho¸ng vËt: C¸c kho¸ng vËt nguyªn sinh ban ®Çu hÇu nh− bÞ biÕn ®æi hoµn toµn thµnh c¸c kho¸ng vËt thø sinh. Chóng bÒn v÷ng vµ æn ®Þnh h¬n trong m«i tr−êng phong ho¸. VÒ tr¹ng th¸i: C¸c ®¸ bÞ phong ho¸ cã ®é nøt nÎ, lç hæng lín h¬n, do ®ã th−êng −a n−íc h¬n. Tr¹ng th¸i cña ®¸ biÕn ®æi nhiÒu hay Ýt phô thuéc vµo møc ®é phong ho¸, ®¸ bÞ phong ho¸ cµng m¹nh, tr¹ng th¸i cña ®¸ biÕn ®æi cµng nhiÒu. Nh×n chung, nh÷ng biÕn ®æi trªn trong qu¸ tr×nh phong ho¸ dÉn ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña ®¸ kh«ng thuËn lîi cho x©y dùng c«ng tr×nh: ®é chÆt gi¶m dÇn; ®é Èm, ®é rçng t¨ng lªn; ®é bÒn, ®é æn ®Þnh gi¶m m¹nh; møc ®é nÐn lón t¨ng cao. 15
1.5. KiÕn tróc, cÊu t¹o vµ thÕ n»m cña ®Êt ®¸ 1.5.1. KiÕn tróc cña ®Êt ®¸ §Êt ®¸ ®−îc h×nh thµnh tõ nh÷ng nguyªn tè, hîp chÊt hãa häc tån t¹i d−íi d¹ng c¸c h¹t kho¸ng vËt liªn kÕt víi nhau. KiÕn tróc cña ®Êt ®¸ lµ kh¸i niÖm chØ ®Æc ®iÓm h×nh d¹ng, kÝch th−íc h¹t, hµm l−îng t−¬ng ®èi gi÷a c¸c h¹t, nhãm h¹t còng nh− mèi liªn kÕt gi÷a chóng víi nhau trong khèi ®Êt ®¸. KÝch th−íc vµ h×nh d¹ng h¹t ®−îc quyÕt ®Þnh bëi ®iÒu kiÖn thµnh t¹o ®¸. §èi víi ®¸ macma, ®¸ biÕn chÊt vµ ®¸ trÇm tÝch hãa häc, kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng h¹t do ®iÒu kiÖn kÕt tinh quyÕt ®Þnh. §iÒu kiÖn kÕt tinh chËm th× c¸c kho¸ng vËt sÏ lín, c¸c h¹t kÕt tinh tr−íc sÏ cã h×nh d¹ng tinh thÓ râ rµng, ®−îc gäi lµ tù h×nh, c¸c h¹t kÕt tinh sau th−êng ®ãng vai trß lÊp nhÐt lç hæng cña h¹t kÕt tinh tr−íc, do ®ã tinh thÓ cã d¹ng mÐo mã, ®−îc gäi lµ tha h×nh. §èi víi ®¸ biÕn chÊt, do t¸i kÕt tinh kh«ng ph¸t sinh nãng ch¶y nªn c¸c h¹t kho¸ng vËt cã n¨ng lùc kÕt tinh lín sÏ tù h×nh, cßn c¸c h¹t cã n¨ng lùc kÕt tinh nhá sÏ mÐo mã, tha h×nh. C−êng ®é, ®é æn ®Þnh cña ®¸ thay ®æi theo kÝch th−íc h¹t, møc ®é ®ång nhÊt vµ møc ®é tha h×nh cña c¸c h¹t trong khèi ®¸. §¸ kÕt tinh h¹t nhá th−êng cã c−êng ®é lín vµ ®é æn ®Þnh phong hãa cao h¬n ®¸ cã cïng thµnh phÇn nh−ng kÕt tinh h¹t lín. §¸ cã kiÕn tróc tha h×nh th× bÒn v÷ng h¬n ®¸ kiÕn tróc tù h×nh, ®Æc biÖt lµ kho¸ng vËt tha h×nh lµ th¹ch anh th× møc ®é æn ®Þnh t¨ng lªn râ rÖt. §èi víi ®¸ trÇm tÝch vôn kÕt th× h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc h¹t lµ do thµnh phÇn, kÝch th−íc h¹t ®¸ gèc vµ ph−¬ng thøc vËn chuyÓn cña dßng ch¶y quyÕt ®Þnh. §¸ trÇm tÝch cã nguån vËt liÖu tõ phong hãa hãa häc th× h¹t nhá vµ mÞn. §¸ ®−îc trÇm tÝch do dßng ch¶y mang tíi th× trßn c¹nh, trÇm tÝch do giã th× h¹t ®ång ®Òu nh−ng gãc c¹nh h¬n. §¸ cã nguån gèc trÇm tÝch biÓn th× h¹t ®Òu, nhá, d¹ng ®¼ng th−íc hay dÑt, trÇm tÝch s«ng th× møc ®é ®Òu h¹t thÊp h¬n (h¹t kh«ng ®Òu), .… §èi víi ®Êt dÝnh vµ ®Êt rêi, kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng h¹t cã vai trß quyÕt ®Þnh ®èi víi tÝnh chÊt c¬ lý cña chóng. §Êt cã kiÕn tróc h¹t cµng th«, cµng gãc c¹nh th× ®é bÒn, ®é æn ®Þnh cµng cao. Cuéi vµ d¨m lµ hai lo¹i h¹t cã kÝch th−íc nh− nhau nh−ng d¨m gãc c¹nh h¬n vµ th−êng ®ång nhÊt h¬n, do ®ã cã c−êng ®é chèng c¾t lín h¬n. Trong khi c¸t cã ®é nÐn lón nhá, ®é rçng bÐ, ®é thÊm n−íc lín th× sÐt cã tÝnh dÎo, ®é rçng, ®é nÐn lón lín vµ hÇu nh− kh«ng thÊm n−íc. Khi c¸c h¹t cµng nhá th× diÖn tÝch bÒ mÆt riªng (tû diÖn tÝch- tæng diÖn tÝch bÒ mÆt c¸c h¹t trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ®Êt ®¸) cµng lín, n¨ng l−îng bÒ mÆt cµng t¨ng vµ ho¹t tÝnh bÒ mÆt cµng râ rÖt. Cã thÓ lÊy thÝ dô vÒ diÖn tÝch bÒ mÆt riªng cña mét sè lo¹i kho¸ng vËt sÐt (b¶ng 3). M«nm«ril«nit cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng rÊt lín so víi kho¸ng vËt kaolinit nªn tÝnh −a n−íc lín h¬n nhiÒu. B¶ng 3: DiÖn tÝch bÒ mÆt riªng cña mét sè kho¸ng vËt sÐt Tû lÖ c¸c KÝch th−íc Tû diÖn tÝch Kho¸ng vËt kÝch th−íc Dµi - réng Dµy (m2/g) M«nm«ril«nit 100.100.1 1000 - 5000 10 - 50 800 Ilit 20.20.1 1000 - 5000 50 - 500 80 Kaolinit 10.10.1 1000 - 2000 100 - 1000 10 Trong ®Êt dÝnh vµ ®Êt rêi, kiÕn tróc cßn ®−îc ®Æc tr−ng bëi tû lÖ phÇn tr¨m gi÷a c¸c nhãm h¹t cã kÝch th−íc kh¸c nhau. Sù cã mÆt cña mçi nhãm h¹t c¶ vÒ chÊt l−îng 16
vµ sè l−îng ®Òu cã vai trß ®Æc biÖt quan träng. V× vËy, thµnh phÇn h¹t cña ®Êt dÝnh vµ ®Êt rêi lµ mét yÕu tè kh«ng thÓ thiÕu khi nghiªn cøu chóng. Ngoµi h×nh d¹ng, kÝch th−íc vµ hµm l−îng t−¬ng ®èi cña c¸c h¹t, liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t lµ yÕu tè kh«ng thÓ thiÕu ph¶n ¸nh kiÕn tróc cña ®Êt ®¸. Liªn kÕt kiÕn tróc ®−îc h×nh thµnh nhê c¸c qu¸ tr×nh hãa lý phøc t¹p víi nhiÒu h×nh thøc kh¸c nhau nh− kÕt tinh, hãa giµ, ng−ng keo, kÕt tña, hÊp phô, … trong suèt thêi gian thµnh t¹o cña ®Êt ®¸. C¸c ®¸ macma, biÕn chÊt vµ trÇm tÝch hãa häc cã mèi liªn kÕt kÕt tinh, c¸c ®¸ trÇm tÝch vôn c¬ häc cã mèi liªn kÕt xi m¨ng, cßn trÇm tÝch mÒm rêi cã mèi liªn kÕt keo n−íc. Liªn kÕt kÕt tinh, vÒ b¶n chÊt gÇn víi mèi liªn kÕt kiÕn tróc bªn trong cña c¸c tinh thÓ, kho¸ng vËt. Nã xuÊt hiÖn do lùc liªn kÕt cña c¸c ph©n tö, nguyªn tö vµ i«n ë bÒ mÆt cña c¸c h¹t kho¸ng vËt víi nhau. V× vËy, liªn kÕt kÕt tinh lµ lo¹i liªn kÕt bÒn v÷ng nhÊt. Trong mét sè ®¸ nh− qu¨czit, ®¸ v«i, …, mèi liªn kÕt nµy cã c−êng ®é kh«ng thua kÐm c−êng ®é cña c¸c h¹t kho¸ng vËt, v× vËy d−íi t¸c dông cña lùc ngoµi, mÆt nøt vì cña ®¸ th−êng c¾t qua c¶ c¸c h¹t. Liªn kÕt xi m¨ng h×nh thµnh do sù ng−ng keo trong c¸c lç rçng vµ khe nøt c¸c h¹t, th−êng lµ keo silic vµ s¾t. Nh×n chung, liªn kÕt xi m¨ng cã c−êng ®é liªn kÕt kh«ng cao nh− liªn kÕt kÕt tinh. C−êng ®é liªn kÕt vµ ®é æn ®Þnh cña liªn kÕt xi m¨ng phô thuéc vµo thµnh phÇn xi m¨ng g¾n kÕt vµ møc ®é thµnh ®¸. Liªn kÕt keo n−íc lµ liªn kÕt xuÊt hiÖn nhê lùc hót ph©n tö (Vandecvan) vµ lùc ®Èy tÜnh ®iÖn gi÷a c¸c h¹t keo sÐt trong ®Êt lo¹i sÐt. Nh×n chung, so víi c¸c lo¹i liªn kÕt kh¸c, c−êng ®é liªn kÕt keo n−íc rÊt nhá, kh«ng æn ®Þnh vµ cã tÝnh thuËn nghÞch, phô thuéc vµo kÝch th−íc h¹t vµ møc ®é hi®rat hãa trªn bÒ mÆt h¹t. Tuy nhiªn, trong ®Êt dÝnh, ®Æc biÖt lµ ®Êt sÐt, liªn kÕt keo n−íc h×nh thøc liªn kÕt chñ yÕu nªn ®ãng vai trß ®Æc biÖt quan träng, quyÕt ®Þnh ®é bÒn kh¸ng c¾t cña ®Êt. 1.5.2. CÊu t¹o cña ®Êt ®¸ CÊu t¹o cña ®Êt ®¸ cho biÕt quy luËt ph©n bè cña c¸c kho¸ng vËt, c¸c h¹t theo c¸c h−íng kh¸c nhau trong kh«ng gian vµ møc ®é s¾p xÕp chÆt sÝt cña chóng. Sù h×nh thµnh cÊu t¹o kh«ng ®¼ng h−íng, kh«ng ®ång nhÊt cña ®Êt ®¸ do sù s¾p xÕp vµ ph©n bè c¸c h¹t, ®−îc quyÕt ®Þnh bëi m«i tr−êng thµnh t¹o nh− tr−êng träng lùc, tr−êng ¸p lùc, tr−êng nhiÖt, tr−êng thñy lùc, …. Trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nh− nhau, sù ®Þnh h−íng cµng râ rÖt khi c−êng ®é cña c¸c tr−êng t¸c dông biÓu hiÖn cµng râ. Trªn thùc tÕ, sù h×nh thµnh cÊu t¹o cña ®¸, trong nhiÒu tr−êng hîp, lµ tæng hîp t¸c dông cña nhiÒu tr−êng, trong ®ã, tr−êng träng lùc lµ tr−êng t¸c dông th−êng xuyªn. Sù thµnh t¹o líp cña ®¸ trÇm tÝch lµ do t¸c ®éng cña tr−êng träng lùc kÕt hîp víi tr−êng thñy lùc. Dßng n−íc cã t¸c dông vËn chuyÓn c¸c h¹t cßn lùc hót tr¸i ®Êt cã vai trß tuyÓn lùa c¸c h¹t theo träng l−îng. V× vËy, ®¸ trÇm tÝch th−êng cã cÊu t¹o ph©n líp n»m ngang hay xiªn chÐo. T¸c dông cña tr−êng träng lùc (¸p lùc ®Þa tÇng) vµ tr−êng nhiÖt cã thÓ lµm cho ®¸ biÕn chÊt khu vùc cã cÊu t¹o phiÕn rÊt ®iÓn h×nh. C¸c tinh thÓ kho¸ng vËt h×nh tÊm nh− mica, clorit, … h×nh thµnh do nhiÖt ®é cao, d−íi t¸c dông cña ¸p lùc ®Þnh h−íng sÏ s¾p xÕp song song víi nhau vµ t¹o nªn cÊu t¹o phiÕn cña ®¸. §èi víi ®Êt rêi vµ ®Êt dÝnh, ®Æc ®iÓm cÊu t¹o phô thuéc chñ yÕu vµo tr−êng träng lùc vµ tr−êng thñy lùc. Nh÷ng tr−êng nµy cã thÓ lµm cho ®Êt cã cÊu t¹o ph©n líp dµy hay máng, xiªn chÐo hay n»m ngang, ®Òu hay kh«ng ®Òu, …. 17
Trong ®iÒu kiÖn ¸p lùc lín, phÇn lín c¸c lo¹i ®¸ ®Òu ®¸ cã cÊu t¹o chÆt sÝt, gi÷a c¸c h¹t kh«ng cßn hay cßn rÊt Ýt lç hæng. Ng−îc l¹i, trong ®iÒu kiÖn ¸p lùc nhá, ®¸ trÇm tÝch, ®¸ macma vµ ngay c¶ ®¸ biÕn chÊt th−êng cã cÊu t¹o kh«ng chÆt sÝt, møc ®é lç hæng lín, cã thÓ t¹o nªn cÊu t¹o d¹ng lç hæng nh− cÊu t¹o bät cña ®¸ phun trµo, cÊu t¹o xèp hay b«ng cña ®Êt lo¹i sÐt. 1.5.3. ThÕ n»m cña ®Êt ®¸ ThÕ n»m cña ®Êt ®¸ cho chóng ta biÕt kh¸i niÖm vÒ h×nh d¹ng, kÝch th−íc vµ t− thÕ cña líp ®Êt ®¸ trong kh«ng gian còng nh− mèi quan hÖ kh«ng gian gi÷a chóng víi nhau. ThÕ n»m cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn sù æn ®Þnh cña khèi ®¸. Trong kh«ng gian, c¸c líp ®Êt ®¸ ®−îc h×nh thµnh vµ ph©n bè cã thÓ lµ n»m ngang hoÆc n»m nghiªng. §Ó x¸c ®Þnh sù ph©n bè cña c¸c líp ®Êt ®¸, ng−êi ta quy ®Þnh vÞ trÝ n»m (thÕ n»m) cña c¸c líp ®¸ víi c¸c yÕu tè: ®−êng ph−¬ng, h−íng dèc vµ gãc dèc. C¸c yÕu tè nµy ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ®Þa bµn ®Þa chÊt (h×nh 2). O N B M α B B P B H×nh 2: C¸c yÕu tè thÕ n»m cña ®¸ - §−êng ph−¬ng lµ ®−êng biÓu thÞ ph−¬ng kÐo dµi cña líp ®¸ trong kh«ng gian. §ã lµ giao tuyÕn gi÷a mÆt líp ®Êt ®¸ vµ mÆt ph¼ng n»m ngang. §−êng ph−¬ng lµm thµnh mét gãc víi ph−¬ng b¾c ®Þa lý mét gãc (theo thuËn chiÒu kim ®ång hå) gäi lµ gãc ph−¬ng vÞ ®−êng ph−¬ng. - H−íng dèc lµ yÕu tè biÓu thÞ h−íng nghiªng cña líp ®¸. §ã lµ ®−êng th¼ng vu«ng gãc víi ®−êng ph−¬ng theo mÆt líp lµ ®−êng h−íng dèc. Gãc ph−¬ng vÞ h−íng dèc ®−îc x¸c ®Þnh t−¬ng tù nh− gãc ph−¬ng vÞ ®−êng ph−¬ng theo h×nh chiÕu cña ®−êng h−íng dèc trªn mÆt ph¼ng n»m ngang. - Gãc dèc (α) cña líp ®¸ lµ gãc hîp thµnh bëi ®−êng h−íng dèc vµ h×nh chiÕu cña nã trªn mÆt ph¼ng n»m ngang. Trªn thùc tÕ, líp ®¸ cã thÕ n»m rÊt kh¸c nhau c¶ vÒ ®−êng ph−¬ng, h−íng dèc vµ gãc dèc. Theo gãc dèc, cã thÓ chia ra c¸c d¹ng thÕ n»m c¬ b¶n cña ®Êt ®¸: thÕ n»m ngang (α = 1- 20); thÕ n»m nghiªng (α = 2- 900) vµ thÕ n»m th¼ng ®øng (α = 900). Trong vïng cã ho¹t ®éng kiÕn t¹o yÕu, ®¸ th−êng cã thÕ n»m ngang hoÆc h¬i nghiªng. Cßn trong vïng cã ho¹t ®éng kiÕn t¹o m¹nh, thÕ n»m cña ®¸ th−êng nghiªng vµ bÞ uèn nÕp, t¹o nªn nh÷ng nÕp låi, nÕp lâm phøc t¹p. 1.6. ChuyÓn ®éng kiÕn t¹o vµ biÕn d¹ng vá Tr¸i ®Êt 1.6.1. Kh¸i niÖm vÒ chuyÓn ®éng kiÕn t¹o C¸c ho¹t ®éng ®Þa chÊt néi sinh gåm cã chuyÓn ®éng kiÕn t¹o, ho¹t ®éng macma, ®éng ®Êt vµ t¸c dông biÕn chÊt. Trong c¸c ho¹t ®éng ®ã, chuyÓn ®éng kiÕn t¹o lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra c¸c ho¹t ®éng kh¸c. 18
ChuyÓn ®éng kiÕn t¹o hoÆc chuyÓn ®éng cña vá Tr¸i ®Êt lµ chuyÓn ®éng c¬ häc cña vËt chÊt Tr¸i ®Êt do c¸c nguyªn nh©n bªn trong Tr¸i ®Êt g©y ra. KÕt qu¶ cña chuyÓn ®éng kiÕn t¹o cã thÓ dÉn tíi sù biÕn ®æi cña th¹ch quyÓn, lµm thay ®æi biÓn vµ lôc ®Þa, thay ®æi thÕ n»m cÊu t¹o líp ®¸, ph¸ hñy ®¸, ®éng ®Êt, nói löa. C¸c chuyÓn ®éng kiÕn t¹o ®−îc chia thµnh 2 lo¹i: th¼ng ®øng vµ n»m ngang. - ChuyÓn ®éng th¼ng ®øng lµ chuyÓn ®éng n©ng lªn, h¹ xuèng tõ tõ c¸c phÇn kh¸c nhau cña vá Tr¸i ®Êt, x¶y ra trªn diÖn tÝch réng lín. Trong kh«ng gian, biªn ®é, tèc ®é cña chuyÓn ®éng th¼ng ®øng kh«ng ®Òu, th−êng cã d¹ng l−în sãng, lµm thay ®æi cao ®é ®Þa h×nh, thÕ n»m, uèn cong c¸c líp ®Êt ®¸ mét c¸ch chËm ch¹p. - ChuyÓn ®éng n»m ngang lµ chuyÓn ®éng theo ph−¬ng tiÕp tuyÕn víi vá Tr¸i ®Êt, lµm cho vá Tr¸i ®Êt bÞ nÐn Ðp vµ g©y ra dÞch chuyÓn theo ph−¬ng ngang. ChuyÓn ®éng ngang lµ nguån gèc lµm cho c¸c m¶ng Tr¸i ®Êt va ch¹m, dÞch chuyÓn chêm lªn nhau, g©y biÕn d¹ng uèn nÕp vµ ph¸ hñy c¸c ®¸ ë quy m« lín, khi n¨ng l−îng ®−îc gi¶i phãng, ®éng ®Êt sÏ h×nh thµnh. XÐt vÒ thêi gian x¶y ra chuyÓn ®éng kiÕn t¹o, chia ra: - ChuyÓn ®éng cæ kiÕn t¹o (xuÊt hiÖn trong lÞch sö, tr−íc Kain«z«i); - ChuyÓn ®éng t©n kiÕn t¹o (xuÊt hiÖn tõ kû Ne«gen ®Õn kû §Ö tø); - ChuyÓn ®éng kiÕn t¹o hiÖn ®¹i (xuÊt hiÖn trong lÞch sö ph¸t triÓn cña loµi ng−êi). ChuyÓn ®éng kiÕn t¹o nµy cã thÓ ghi chÐp ®−îc. 1.6.2. Nh÷ng biÓu hiÖn cña chuyÓn ®éng kiÕn t¹o 1. BiÓu hiÖn cña chuyÓn ®éng kiÕn t¹o ë lÞch sö ph¸t triÓn ®Þa chÊt Trong thùc tÕ, c¸c chuyÓn ®éng kiÕn t¹o cã thÓ ®−îc biÓu hiÖn ë c¸c mÆt c¾t ®Þa chÊt, cét ®Þa tÇng. §Ó x¸c ®Þnh, ng−êi ta sö dông nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau nh− ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch cæ ®Þa lý, t−íng ®¸, ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch bÒ dµy, ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch bÒ mÆt tiÕp xóc ®Þa tÇng. B»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch cæ ®Þa lý, t−íng ®¸, ng−êi ta nhËn thÊy, thµnh phÇn c¸c trÇm tÝch ®−îc thµnh t¹o tïy thuéc vµo ®iÒu kiÖn vËt liÖu ®−a ®Õn, ®Æc biÖt lµ ®iÒu kiÖn cæ ®Þa lý vµ khÝ hËu trong lÞch sö ph¸t triÓn ®Þa chÊt. Mçi lo¹i t−íng ®¸ ph¶n ¸nh mét hoµn c¶nh cæ ®Þa lý. Dùa vµo cét ®Þa tÇng, t−íng ®¸ cã thÓ x¸c ®Þnh bån tròng trÇm tÝch biÕn ®æi theo thêi gian, thÓ hiÖn chuyÓn ®éng cña Tr¸i ®Êt, hiÓu ®−îc ®Æc ®iÓm n©ng lªn, h¹ xuèng cña vá Tr¸i ®Êt. ChuyÓn ®éng th¨ng trÇm nhÞp nhµng cã tÝnh chu kú, ph¶n ¸nh ë sù thay ®æi theo nhÞp ë c¸c ®¸ trÇm tÝch. Mçi nhÞp cã thÓ thay ®æi tõ vµi mÐt ®Õn hµng tr¨m mÐt, nh−ng còng cã thÓ rÊt nhá, chØ tõ mét vµi milimÐt. Sù chuyÓn ®éng theo nhÞp cßn biÓu hiÖn ë sù lÆp l¹i vÒ thµnh phÇn, ®é h¹t, bÒ dµy vµ mét sè tÝnh chÊt vËt lý cña ®¸ trÇm tÝch hoÆc sù cã mÆt cña sinh vËt, … trong ®¸. Còng cÇn ph¶i nãi r»ng, víi nh÷ng biÓu hiÖn trªn, ngoµi nguyªn nh©n do chuyÓn ®éng n©ng lªn h¹ xuèng cña vá Tr¸i ®Êt cßn cã thÓ do sù biÕn ®æi cã tÝnh chu kú cña khÝ hËu, cña nguån cung cÊp vËt liÖu, cña biÕn ®æi mùc n−íc biÓn, … nh−ng chuyÓn ®éng n©ng lªn, h¹ xuèng cã tÝnh chu kú nhÞp nhµng cña vá Tr¸i ®Êt vÉn gi÷ vai trß quan träng. 2. BiÓu hiÖn cña chuyÓn ®éng kiÕn t¹o ë sù biÕn vÞ cña ®¸ ChuyÓn ®éng kiÕn t¹o kh«ng nh÷ng biÓu hiÖn ë lÞch sö ph¸t triÓn ®Þa chÊt mµ cßn ë sù biÕn vÞ vµ biÕn d¹ng cña c¸c ®¸. Bëi kÕt qu¶ cña chuyÓn ®éng kiÕn t¹o cã thÓ lµm 19
thay ®æi tÝnh ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn, ®Æc tr−ng vËt lý, cÊu tróc cña ®¸, thay ®æi tr¹ng th¸i, sù c©n b»ng ®Þa chÊt ®· h×nh thµnh tr−íc ®ã trong ®¸. Nh÷ng biÓu hiÖn thay ®æi ®ã tïy thuéc vµo tÝnh chÊt cña c¸c chuyÓn ®éng. - ChuyÓn ®éng th¨ng trÇm kh«ng ®ång ®Òu cã thÓ lµm cho líp ®¸ bÞ uèn cong d¹ng sãng hoÆc bÞ nghiªng lÖch, thËm chÝ lµm cho ®¸ bÞ ph¸ hñy. - ChuyÓn ®éng n»m ngang g©y dån nÐn, lµm cho c¸c líp ®¸ bÞ biÕn d¹ng uèn nÕp, bÞ ph¸ hñy biÕn vÞ. - ChuyÓn ®éng n»m ngang c¨ng d·n, lµm cho c¸c ®¸ bÞ t¸ch rêi, ®øt vì. - ChuyÓn ®éng xo¾n xoay quanh trôc hoÆc ®iÓm cã thÓ lµm cho ®¸ bÞ uèn cong, ®øt vì, t¹o ra nh÷ng ®−êng nøt, khe nøt. C¸c chuyÓn ®éng kiÕn t¹o x¶y ra trªn quy m« lín cã thÓ thÊy ®−îc qua sù t¸ch rêi cña c¸c m¶ng, cña c¸c bé phËn ch©u lôc cã tÝnh ®ång nhÊt víi nhau. Do ®ã, theo ®−êng biªn cña nh÷ng m¶ng, bé phËn ch©u lôc, tuy ë rêi nhau nh−ng ®Êt ®¸ l¹i cã ®Æc tr−ng gièng nhau vÒ thµnh phÇn, kiÕn tróc, cÊu t¹o, hãa ®¸, … vµ cã thÓ ghÐp nèi chóng víi nhau trong mét ®Þa tÇng. Nh− vËy, chuyÓn ®éng kiÕn t¹o lµm thay ®æi t×nh tr¹ng ph©n bè, cÊu t¹o ban ®Çu cña c¸c líp ®¸ vá Tr¸i ®Êt. Sù thay ®æi cã thÓ ë møc ®é lµm biÕn ®æi h×nh d¹ng nh−ng vÉn gi÷ ®−îc tÝnh liªn tôc cña thÓ ®Þa chÊt hoÆc còng cã thÓ g©y nªn ®øt vì, lµm mÊt tÝnh liªn tôc vµ t¹o ra c¸c cÊu t¹o ®øt vì. 1.6.3. BiÕn d¹ng uèn nÕp Khi chÞu t¸c ®éng cña chuyÓn ®éng kiÕn t¹o, trong c¸c líp ®¸ xuÊt hiÖn néi lùc, tr−êng øng suÊt míi (øng suÊt t¸ch, øng suÊt nÐn vµ øng suÊt c¾t) ph¸t sinh. NÕu c¸c øng suÊt ®ã v−ît qu¸ giíi h¹n bÒn cña ®¸ th× lµm cho chóng bÞ biÕn d¹ng, ph¸ hñy. Qu¸ tr×nh biÕn d¹ng cña c¸c líp ®¸ vá Tr¸i ®Êt tr¶i qua 3 giai ®o¹n: - Giai ®o¹n biÕn d¹ng ®µn håi: §¸ bÞ biÕn d¹ng ë møc ®é nhá, khi øng suÊt trë l¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng, biÕn d¹ng phôc håi trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu. - Giai ®o¹n biÕn d¹ng dÎo: Sau khi x¶y ra biÕn d¹ng, tuy vÉn gi÷ ®−îc sù liªn kÕt nh−ng h×nh d¹ng c¸c líp ®¸ ®· bÞ thay ®æi. Chóng bÞ uèn cong, nghiªng lÖch vµ h×nh thµnh c¸c nÕp uèn, nÕp o»n, c¸c cÊu t¹o låi lâm. Sù ph¸t triÓn ë giai ®o¹n biÕn d¹ng dÎo th−êng x¶y ra rÊt ng¾n. - Giai ®o¹n biÕn d¹ng ph¸ hñy: Khi sù ph¸ ho¹i t¨ng lªn, biÕn d¹ng v−ît qua biÕn d¹ng dÎo, c¸c líp ®¸ ®· bÞ bÞ xª dÞch, mÊt h¼n sù liªn tôc trong cÊu t¹o. BiÕn d¹ng uèn nÕp lµ biÕn d¹ng uèn cong t¹o nªn c¸c nÕp uèn. NÕp uèn cã nhiÒu h×nh th¸i nh−ng cã thÓ chia ra hai lo¹i c¬ b¶n: nÕp låi vµ nÕp lâm. NÕp låi lµ nÕp uèn mµ c¸c líp ®¸ ë phÇn trung t©m cã tuæi giµ h¬n c¸c líp ®¸ phÇn ngoµi r×a. NÕp lâm lµ nÕp uèn cã ®Æc ®iÓm ng−îc l¹i víi nÕp låi, c¸c líp ®¸ ë phÇn trung t©m cã tuæi trÎ h¬n c¸c líp ®¸ ë phÇn ngoµi r×a. Trong tù nhiªn, kh«ng ph¶i ë ®©u nÕp låi còng ph©n bè theo d¹ng ®Þa h×nh nói nh« cao, mµ tr¸i l¹i, hay gÆp ë d¹ng ®Þa h×nh nói cao l¹i lµ nÕp lâm, cßn nÕp låi th−êng n»m ë phÝa d−íi cña thung lòng. 1.6.4. BiÕn d¹ng ph¸ hñy, ®øt vì Khi øng suÊt t¸c dông trong khèi ®¸ rÊt lín, v−ît xa giíi h¹n bÒn cña c¸c líp ®¸ th× biÕn d¹ng x¶y ra m¹nh mÏ, v−ît qua c¸c biÕn d¹ng ®µn håi, biÕn d¹ng dÎo vµ cã thÓ 20