Giáo trình Địa chất cơ sở: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH
Chủ biên: TS. Nguyễn Khắc Hiếu
Tham gia: ThS. Nguyễn Thị Thu Hương

GIÁO TRÌNH

ĐỊA CHẤT CƠ SỞ
DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC
(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

QUẢNG NINH - 2021


BÀI MỞ ĐẦU
1. Địa chất học và đối tượng nghiên cứu của địa chất học
Địa chất học xuất xứ từ thuật ngữ Geologos của Hy lạp, trong đó: Geo – là
trái đất, logos – là học thuyết. Như vậy theo nghĩa rộng, địa chất học là môn khoa
học về Trái đất hay địa chất học là các học thuyết về Trái đất. Địa chất học bao gồm
các kiến thức của các ngành khoa học về Trái đất như: Địa vật lý, địa hóa, địa mạo,
địa lý học…. Hiện nay, địa chất học được hiểu theo nghĩa hẹp, nó là mơn khoa học
nghiên cứu vỏ Trái đất, đúng ra là nghiên cứu thạch quyển.
Đối tượng nghiên cứu của Địa chất học: là phần vật chất cứng của vỏ Trái
đất như thành phần vật chất tạo thành cấu trúc của chúng, quá trình hình thành, biến
đợng và tiến triển của chúng. Đối tượng nghiên cứu này có quy mơ rợng lớn và
khơng ngừng bị biến đổi (về thành phần, về cấu trúc…). Mặt khác, để nghiên cứu
vỏ Trái đất, không phải chỉ quan sát trên mặt mà phải đi sâu xuống lòng đất (khoan
lấy mẫu đá…). Như vậy, nghiên cứu vỏ Trái đất là một việc làm rất khó khăn, phức
tạp.
2. Nhiệm vụ cơ bản của địa chất học
Địa chất học gồm nhiều nhánh nghiên cứu khác nhau, trong đó có địa chất cơ

sở, địa chất lịch sử,... Địa chất cơ sở nghiên cứu các quá trình địa chất xảy ra ở bên
trên và bên dưới bề mặt Trái đất, và các vật chất bị chúng tác động. Địa chất lịch sử
nghiên cứu về trình tự các sự kiện xảy ra trong q khứ. Ngồi ra tùy tḥc vào các
đối tượng nghiên cứu cụ thể, địa chất học sẽ có các nhánh nghiên cứu riêng:
- Nghiên cứu đầy đủ chính xác thành phần vật chất của vỏ Trái đất (thành
phần hóa học, thành phần khống vật, thành phần đá), gờm các mơn khoa học như:
Tinh thể học, khoáng vật học, thạch học…;
- Nghiên cứu về sự vận động (sự chuyển động kiến tạo) của vỏ Trái đất diễn
ra theo đúng không gian, thời gian, gồm các môn khoa học như: Địa chất cấu tạo,
địa kiến tạo, tân kiến tạo, địa mạo…;
- Nghiên cứu về lịch sử hình thành các loại đá, gờm các mơn khoa học như:
Địa tầng học, trầm tích ḷn, thạch học đá magma, thạch học đá biến chất…;
- Nghiên cứu nguồn gốc, quy luật phân bố của tài nguyên khống sản trong
vỏ Trái đất, gờm các mơn khoa học như: Khoáng sàng học, tìm kiếm - thăm dị
khống sản, địa hóa, địa vật lý, kinh tế địa chất, khoan thăm dị…;
- Nghiên cứu ng̀n gốc, sự phân bố của nguồn tài nguyên nước trong vỏ
Trái đất, gồm các môn khoa học như: Địa chất thủy văn, động lực học nước dưới
đất…;


- Nghiên cứu các điều kiện địa chất ảnh hưởng tới việc xây dựng các cơng
trình cũng như cơng trình xây dựng, gồm các môn khoa học như: Địa chất cơng
trình - địa chất thủy văn, địa chất cơng trình - địa kỹ thuật…;
- Nghiên cứu về tai biến và môi trường địa chất gồm các môn khoa học như:
Địa chất mơi trường, địa chấn…
Tuy nhiên có thể tổng kết lại, nhiệm vụ cơ bản của địa chất học như sau:
- Phải làm sáng tỏ thành phần của vỏ Trái đất (thành phần hóa học, thành
phần khống vật và thành phần đất đá tạo nên vỏ Trái đất);
- Phải nghiên cứu, đánh giá đặc điểm cấu trúc bên trong của vỏ Trái đất;
- Làm sáng tỏ lịch sử phát triển biến đổi theo thời gian của vỏ Trái đất. Trái

đất nói chung và vỏ Trái đất nói riêng đều bị biến đổi theo thời gian. Đặc biệt lớp vỏ
Trái đất biến đổi rất rõ nét ngay từ khi nó được sinh ra cho tới ngày nay.
Ý nghĩa của việc nghiên cứu địa chất học: Việc nghiên cứu địa chất có ý
nghĩa thực tiễn rất quan trọng với mục đích cuối cùng là phục vụ đời sống của con
người. Cuộc sống của mn lồi phụ tḥc vào mơi trường xung quanh và mơi
trường đó được qút định bởi các quá trình địa chất trên mặt hay các q trình
trong lịng Trái đất. Do đó hiểu biết của con người về các quá trình địa chất sẽ quyết
định tương lai của nhân loại nhờ vào việc dự báo và tiên đoán của khoa học địa
chất. Để dự đoán được những gì sẽ xảy ra trong tương lai, chúng ta cần phải có hiểu
biết về thành phần vật chất của vỏ Trái đất, cũng như các quá trình và hiện tượng
địa chất.
Hầu như tất cả các nguồn tài nguyên con người đang sử dụng đều bắt nguồn
từ trái đất, do đó việc nghiên cứu và hiểu biết rõ quy luật phân bố, trữ lượng tài
nguyên có mặt bên trong và trên mặt đất, ý nghĩa của chúng đối với cuộc sống con
người sẽ giúp chúng ta định hướng được sự phát triển thông qua việc khai thác và
sử dụng tài nguyên hợp lý.
Toàn bộ các kết cấu đều do con người tạo ra (nhà cửa, cầu cống, đường xá,
sân bay...) và đều được đặt trên nền móng là phần trên cùng của Trái đất nên đợ an
tồn và ổn định của chúng sẽ phụ tḥc hồn tồn vào sự hiểu biết về nền móng
thơng qua nghiên cứu về địa chất.
Tất cả các tai biến đã, đang và sẽ xảy ra đều có ng̀n gốc từ các hoạt đợng
của Trái đất. Có thể mợt ngày nào đó chúng ta sẽ có cách để khắc phục các thiên tai,
nhưng hiện tại điều tốt nhất chúng ta có thể làm được là dự đoán các thiên tai đó sẽ
xảy ra khi nào, ở đâu để chuẩn bị đối phó. Để có thể dự đoán được chính xác các
hiện tượng đó chúng ta phải có hiểu biết về sự thay đổi, các dấu hiệu của nó thơng

2


qua việc nghiên cứu các quá trình địa chất.

3. Các phương pháp nghiên cứu của địa chất học
Địa chất học là mợt mơn khoa học đợc lập vì nó có đủ ba điều kiện. Có đối
tượng nghiên cứu rõ ràng; có cơ sở lý thút hồn chỉnh; có hệ thống phương pháp
nghiên cứu độc lập, khoa học. Việc nghiên cứu đối tượng được thực hiện theo mợt
trình tự chặt chẽ và khoa học. Từ quan sát, thu thập số liệu, thống kê phân tích xử lý
số liệu rời tiến tới những kết luận, những định luật có cơ sở khoa học chắc chắn.
Đối tượng nghiên cứu sẽ quyết định phương pháp nghiên cứu. Đối tượng
nghiên cứu của địa chất học là vỏ Trái đất, nó khơng chỉ khác với những đối tượng
nghiên cứu khác về quy mô quá lớn, không gian rất đa dạng, từ các lục địa tới các
hạt khống vật hoặc nhỏ hơn, và có mợt lịch sử hình thành, phát triển rất lâu dài,
phức tạp dưới các điều kiện hóa lý khác nhau trong quá khứ mà nó cịn nhiều đặc
thù riêng. Nhìn chung, việc nghiên cứu địa chất bao gồm tổ hợp các phương pháp
sau:
a. Phương pháp nghiên cứu khảo sát ngoài trời (ngoài thực địa)
Đây là phương pháp bắt ḅc và có tầm quan trọng số một trong hệ thống
phương pháp nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu của nó là cơ sở để tiến hành nghiên
cứu các phương pháp khác, kết qủa thu thập được đều được coi là “tài liệu gốc – tài
liệu nguyên thủy”.
Cơng tác nghiên cứu thực địa, được tiến hành có khi chỉ là những tuyến khảo
sát của các nhà địa chất, với các dụng cụ rất thô sơ như búa, địa bàn địa chất, thước
dây,… và bằng mắt thường mô tả những vấn đề cần thiết, kết hợp với việc thu thập
những loại mẫu khác nhau (mẫu đá, mẫu quặng, mẫu hóa thạch…). Cơng tác khảo
sát nghiên cứu thực địa có khi được tiến hành với sự hỗ trợ của các thiết bị hiện đại
như: Khoan thăm dò hoặc các thiết bị đặt trên máy bay chuyên dụng (phương pháp
khảo sát trọng lực, từ hàng không vv…). Ngày nay, khoa học vũ trụ phát triển,
thành tựu đó cũng được sử dụng nghiên cứu địa chất trên quy mơ tồn cầu, đem lại
những kết quả rất to lớn. Ảnh viễn thám - ảnh chụp từ vũ trụ, kết hợp với sự ra đời
của kính lập thể đã giúp cho các nhà địa chất bớt đi nhiều công sức, thời gian, tiền
của mà hiệu quả nghiên cứu vỏ Trái đất rất cao.
b. Phương pháp nghiên cứu trong phịng

Mục đích của phương pháp nghiên cứu trong phịng là xử lý, phân tích tổng
hợp tài liệu nguyên thủy đã được thu thập ngoài thực địa. Ở trong phòng, tất cả các
lọai mẫu đều được phân tích đầy đủ chính xác những chỉ tiêu cần thiết, bằng các
phương pháp và thiết bị khác nhau.

3


c. Phương pháp hiện tại luận
Đây là phương pháp rất riêng của địa chất học, “hiện tại luận” có nghĩa là từ
cái mới suy ra cái cũ - từ hiện đại suy ra quá khứ.
Xuất phát từ việc nghiên cứu điều kiện mơi trường hình thành của đá trong
giai đoạn hiện nay (ví dụ: muối mỏ, than đá…), chúng ta có thể suy ra đặc điểm mơi
trường hình thành chúng trong quá khứ.
Tuy vậy, phương pháp này không được sử dụng nhiều trong địa chất vì nó có
mặt hạn chế sau: Mơi trường hồn cảnh địa chất xưa và nay khơng thể giống nhau
hồn tồn.
d. Phương pháp đối sánh địa chất – phương pháp tương tự
Đây là phương pháp đối chiếu, so sánh tài liệu địa chất của một khu vực nào
đó đã được nghiên cứu đầy đủ, chi tiết với khu vực khác đang nghiên cứu. Từ tài
liệu của khu vực đã nghiên cứu sẽ rút ra những kết luận đúng đắn cho khu vực đang
nghiên cứu.
Phương pháp này ra đời trên cơ sở mỗi loại khoáng sản thường được thành
tạo trong cùng một môi trường và trong cùng mợt thời kỳ địa chất thì thường có
cùng đặc điểm, tính chất… Vì vậy giải bài toán ngược: Nếu cùng mợt loại khống
sản ở hai khu vực khác nhau khi chúng lại giống nhau về đặc điểm, tính chất thì cho
phép ta kết luận khoáng sản ở hai nơi được sinh ra trong cùng một môi trường địa
chất, cùng một thời kỳ.
CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu hỏi 1. Địa chất học là gì? Nêu nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của địa

chất học theo từng nhóm chuyên ngành?
Câu hỏi 2. Ý nghĩa của việc nghiên cứu địa chất học là gì?
Câu hỏi 3. Trình bày các phương pháp nghiên cứu của địa chất học?

4


CHƯƠNG 1
TRÁI ĐẤT VÀ THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA VỎ TRÁI ĐẤT
1.1. Khái quát về trái đất
1.1.1. Nguồn gốc của trái đất
Ng̀n gốc trái đất và sự tiến hóa của nó từ xưa đến nay đã được con người
và nhiều ngành khoa học như thiên văn, địa lý, địa chất, vật lý, triết học quan tâm
nghiên cứu giải thích. Nhận thức phát triển trải qua nhiều giai đoạn. Trước thế kỷ
XVIII trở đi việc giải thích gắn với các giả thút khoa học. Ngày nay có thể thấy
rằng sự hình thành và phát triển của Trái đất có liên quan với thành phần vật chất,
các diễn biến tiến hóa của các trường địa vật lý, các trạng thái địa nhiệt, với ng̀n
gốc của các vịng quyển bao quanh Trái đất. Mặt khác nhiều tư liệu cho thấy, sự
hình thành Trái đất chịu ảnh hưởng rất lớn của các hệ thống thiên thể gần và xa
trong vũ trụ, trước mắt quan trọng hơn cả là hệ mặt trời. Những biến đổi lớn về mặt
địa chất, khí hậu,… trên Trái đất phản ánh các sự kiện đổi thay của Mặt trời, hệ Mặt
trời, phản ánh sự tiến hóa của các thiên thể trong hệ Mặt trời.
Từ lâu con người đã quan tâm giải thích ng̀n gốc của Mặt trời và trái đất.
Trong q trình nhận thức đó, có hai trường phái ln đấu tranh với nhau là trường
phái duy tâm và trường phái duy vật. Thiên chúa giáo giải thích theo quan điểm duy
tâm thần bí, các nhà khoa học giải thích theo quan điểm duy vật. Từ thế kỷ XVIII
khoa học phát triển, các nhà khoa học đã xây dựng nhiều giả thút khác nhau để
giải thích ng̀n gốc của Mặt trời và trái đất. Đó là các giả thuyết tinh vân, giả
thuyết cho rằng mặt trời và hành tinh đều do từ một tinh vân tạo thành, giả thuyết
tai biến thì cho rằng Mặt trời xuất hiện từ trước sau đó bị một hành tinh hút lại hoặc

va chạm vào làm cho một số vật chất bị kéo ra tạo thành hành tinh và giả thuyết thu
hút cho rằng Mặt trời hình thành trước sau đó thu hút những vật chất trong hệ Ngân
hà để tạo ra hành tinh và vệ tinh. Dưới đây là giả thuyết của một số tác giả.
- Giả thuyết của I.Kant (1755): I.Kant cho rằng, trong vũ trụ có nhiều bụi,
hơi tạo thành tinh vân. Do lực hấp dẫn chúng liên kết lại thành những khối nhỏ. Do
lực đẩy và hút lẫn nhau, các khối nhỏ tập trung thành khối lớn. Và cũng do lực đẩy
và hút gây ra sự va chạm tạo thành sự quay tròn. Sự tập trung vật chất trong vũ trụ
lớn dần thành Mặt trời nguyên thủy. Mặt trời tự quay làm cho vật chất tập trung dần
vào xích đạo, dần dần thành dạng bẹt tròn và vật chất tập trung vào trung tâm. Cũng
do quay mà Mặt trời đã văng ra các hành tinh và vệ tinh quay quanh Mặt trời.
- Giả thuyết Laplaxơ (1796): P.S.Laplaxơ độc lập nêu ra giả thút về ng̀n
gốc của hệ Mặt trời. Ơng cho rằng hệ Mặt trời lúc đầu rất rộng lớn, gồm những khối

5


tinh vân hình cầu nóng và vật chất thưa mỏng. Tinh vân này lúc đầu chuyển động
chậm chạp sau đó cũng tăng. Tinh vân biến dần thành dạng đĩa dẹt. Khi lực ly tâm
lớn hơn lực hút thì tách ra mợt vịng và dần dần tách ra các vịng tương ứng với số
hành tinh sau này và quỹ đạo của các hành tinh là khoảng cách của vòng tới tâm của
tinh vân nguyên thủy. Các vòng tạo hành tinh nóng cũng với phương thức như trên
tạo ra các vệ tinh. Vòng của sao Thổ được xem như là vòng mà chúng chưa đông
nén lại để thành vệ tinh. Ở giữa sao Hỏa và sao Mợc (vịng thức 5) vật chất càng bị
phân chia thành rất nhỏ tạo ra đới các tiểu hành tinh.
Giả thiết của I.Kant và Laplaxơ được xây dựng đợc lập nhưng vì tính chất và
cách giải thích gần giống nhau nên được gọi chung là giả thuyết Kant – Laplaxơ:
Giả thuyết này thống trị trong suốt thế kỷ XIX. Về sau bị chứng minh là không hợp
lý vì Laplaxơ đã khơng giải qút được vấn đề momen đợng lượng. Ngồi ra, giả
thút của hai ơng cịn có các thiếu sót sau: Tại sao vệ tinh các sao Mợc và sao Thổ
có chiều quay ngược lại chiều quay của đa số thiên thể trong hệ Mặt trời; Tại sao

mặt phẳng xích đạo và mặt phẳng quỹ đạo của cả 5 vệ tinh của Thiên Vương Tinh
đều vng góc với mặt phẳng hoàng đạo; Nếu theo sơ đồ của Laplaxơ thì các vành
đai vật chất phải tự quay theo hướng xuôi kim đồng hồ nhưng thực tế chúng lại
quay ngược chiều kim đồng hồ; Trong khi tự quay, tại sao khơng khí ở vành vật
chất lại ngưng tụ lại thành hành tinh, trong khi kết quả nghiên cứu phải phân tán vào
vũ trụ; Mặt trời tự mợt vịng quay quanh trục phải mất từ 25 – 27 ngày. Tốc độ tự
quay chậm đó làm sao đủ sức tách một phần vật chất ra thành các hành tinh. Ngay
cả độ dẹt do sức ly tâm sinh ra cũng không quan sát thấy.
- Giả thuyết Jeans hay giả thuyết “tai biến”: Theo Jeans thì việc tách mợt
phần vật chất vũ trụ từ Mặt trời để hình thành các hành tinh là do tác động của một
ngôi sao lạ nào đó, lớn tương tự Mặt trời đã đi vào phạm vi hệ Mặt trời một cách
ngẫu nhiên và khoảng cách chúng chỉ cịn bằng bán kính Mặt trời. Ở điều kiện đó,
hiện tượng triều lực sẽ làm cho vật chất của Mặt trời lời ra ở hai phía đối diện thành
bướu vật chất nóng đỏ. Bướu hướng về phía Mặt trời của thiên thể lạ dày hơn nhiều
so với bướu đối diện. Nó tách ra khỏi Mặt trời, đứt ra từng đoạn sinh ra hành tinh.
Giả thuyết giải quyết được vấn đề momen quay của hành tinh không phụ thuộc vào
động lượng Mặt trời.
Nhưng giả thuyết này mắc một sai lầm khác: Các nhà thiên văn đã tính được
rằng khoảng cách giữa các thiên thể là rất lớn, nếu giả sử đường kính Mặt trời bằng
1mm thì khoảng cách từ nó đến ngôi sao gần nhất phải bằng 20 – 25km, vậy trong
sự chuyển động hỗn độn đó làm sao một ngôi sao lạ lại có thể may mắn đi đến Mặt

6


trời với khoảng cách 1mm.
- Giả thuyết của E.Hoyle (Anh) và Schatzman (Pháp): Trong những năm 60
của thế kỷ XX, hai nhà thiên văn Anh và Pháp nêu trên tìm cách giải thích theo
hướng điện từ trường tác dụng trong q trình thành tạo Mặt trời và hành tinh. Hai
ơng cho rằng ban đầu đám tinh vân trong vũ trụ tụ tập dần thành khối quay chuyển

với tốc độ không cao nhiệt đợ cũng thấp. Dần dần nó co rút thể tích với tốc đợ quay
tăng nhanh. Đến mợt mức đợ nhất định thì thành hình dẹt, xích đạo phình ra đến nỗi
một số vật chất bị văng ra ngoài tạo thành dạng mợt đĩa trịn quay quanh Mặt trời.
Trọng khối của đĩa tròn cũng chỉ bằng 1/100 của Mặt trời. Vật chất của đĩa trịn dần
dần hình thành các mầm hành tinh và sau đó thành hành tinh. Mặt trời bức xạ nhiệt
hạch tạo ra một điện từ trường trong khơng gian của hệ Mặt trời. Khi đĩa trịn vật
chất rời khỏi Mặt trời thì ở chỗ ranh giới của chúng phát sinh hiện tượng cơ học từ
lưu đưa đến chỗ từ dẫn đến momen và Mặt trời chuyển momen đợng lượng sang
cho đĩa trịn. Nhờ momen đợng lượng tăng lên mà đĩa trịn mở rợng ra ngồi. Mặt
trời thu nhỏ lại, nhưng vì mất đi momen đợng lượng nên tốc đợ quay chậm lại. Mặt
trời bức xạ gió Mặt trời thổi bay xa các vật chất nhẹ hình thành các hành tinh thuộc
nhóm Trái đất.
- Giả thuyết Otto Smith: Giả thuyết được nêu ra năm 1946. Otto Smith cho
rằng Mặt trời đi qua đám tinh vân. Tinh vân này vốn đã có riêng momen động
lượng. Mặt trời thu hút chúng lại và làm cho chúng quay xung quanh Mặt trời.
Trong quá trình quay các điểm vật chất, các khí thể va đập lẫn nhau, hút lẫn nhau
làm cho chúng tập trung dần dần thành các hành tinh. Những tập hợp gần Mặt trời
bị đốt nóng bức xạ làm cho trong thành phần nhiều thể khí nhẹ bay đi. Những tập
hợp ở xa thì ng̣i lạnh hơn, các khí ngưng kết lại. Chính vì thế đã tạo ra hai nhóm
hành tinh.
Trong q trình hình thành các hành tinh, do tác dụng của bức xạ nhiệt và
ánh sáng Mặt trời, những vành vật chất ở gần trung tâm bị hun nóng nhiều nhất.
Thành phần khí và mợt số chất rắn vành này bị bốc hơi và bị áp lực ánh sáng đẩy ra
phía ngồi. Rút c̣c ở những vành này chỉ còn khối lượng nhỏ vật chất nhưng nặng
và có độ bốc hơi kém là Fe và Ni. Điều này giải thích được tại sao các hành tinh
tḥc nhóm Trái đất có kích thước nhỏ nhưng tỷ trọng lớn.
Sao thủy có khối lượng và tốc đợ tự quay nhỏ nhất vì nó gần Mặt trời nhất:
Bức xạ mạnh của Mặt trời làm giảm khối lượng và sự ma sát lớn của triều lực làm
giảm tốc đợ tự quay của nó.
Tính chất đặc biệt của sao Hỏa về mặt khối lượng cũng là do tác động của

7


sao Mộc. Sao này cướp đi một phần vật chất của sao Hỏa, mợt phần cịn lại tạo nên
vành đai tiểu hành tinh.
Bộ phận vật chất giữa các vành vật chất bên trong có khối lượng lớn làm
xuất hiện hành tinh đơi – Trái đất + Mặt trăng. Vì momen quay lớn nên vật chất ở
đây không thể tập trung vào mợt tâm mà phải có tâm thứ hai là Mặt trăng.
Vào cuối thời kỳ ngưng tụ, Trái đất đã có khối lượng lớn gần như hiện nay
thì nợi bợ diễn ra quá trình tăng nhiệt. Lúc đầu là nhiệt của quá trình di chuyển vật
chất do phốt pho sau đó là quá trình phóng xạ của vật chất. Sự tăng nhiệt dẫn đến sự
nóng chảy của vật chất bên trong sắp xếp thành nhân, bao manti và vỏ như hiện nay.
Trái đất lúc đầu nguội lạnh sau đó nóng dần lên. Trái đất hình thành cách đây
khoảng 4,5 – 4,6 tỷ năm, cịn lớp vỏ thì cách đây khoảng 3 tỷ năm.
1.1.2. Vị trí, hình dạng, kích thước và hình thái bề mặt Trái đất
1.1.2.1. Vị trí Trái đất trong vũ trụ
Trái đất là một thiên thể trong vũ trụ. Vũ trụ là một thế giới vật chất bao
quanh. Hiện nay, khoa học cho biết có đến mười tỷ hệ sao, hệ xa nhất mà con người
có thể quan sát được với trình đợ kỹ tḥt hiện đại là 1010 năm ánh sáng, một năm
ánh sáng bằng 94,6 x 1012 km. Khoảng cách giữa các hệ sao khoảng 1,6 x 109km
năm ánh sáng.
Trái đất nằm trong hệ Mặt trời (hình 1.1). Hệ Mặt trời nằm trong mợt hệ lớn
hơn nhiều gọi là hệ Ngân hà. Hệ Ngân hà là một phần nhỏ trong một hệ lớn hơn gọi
là Thiên hà. Nhiều Thiên hà nằm trong một hệ lớn hơn nữa là siêu Thiên hà.
Trái đất € Hệ Mặt trời € Hệ Ngân hà € Hệ thiên hà € Hệ siêu thiên hà.

Hình 1.1. Vị trí trái đất trong hệ Mặt trời

8

Hệ Mặt trời là một hành tinh có Mặt trời ở trung tâm và các thiên thể nằm
trong phạm vi lực hấp dẫn của Mặt trời. Tất cả chúng được hình thành từ sự bùng
nổ của mợt đám mây phân tử khổng lồ cách đây gần 4,6 tỷ năm.
Hệ Mặt trời gờm 8 hành tinh tính từ Mặt trời ra gồm: Sao Thủy, Sao Kim,
Trái đất, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương.
Trước kia, Hệ Mặt trời gồm 9 hành tinh, gồm cả Sao Diêm Vương. Tuy
nhiên, tháng 8 năm 2006 (Quyết định của hội Thiên văn quốc tế - IAU International Astronomical Union), hành tinh này đã được xem xét lại và với các
yếu tố khối lượng, đường kính, khả năng phản chiếu ánh sáng quá thấp so với 8
hành tinh còn lại, sao Diêm vương bị loại khỏi Hệ Mặt trời.
Trong 8 hành tinh thuộc hệ Mặt trời được chia ra hai nhóm: nhóm hành tinh
đất đá và nhóm hành tinh khí (hình 1.2).

Hình 1.2. Nhóm hành tinh đất đá và hành tinh khí

Các hành tinh đất đá gờm: Sao Thủy, Sao Kim, Trái đất và Sao Hỏa là những
hành tinh gần Mặt trời, nhỏ, rắn chắc, cấu tạo bởi các loại đá, có mật độ cao. Thành
phần của chúng tương đối giống nhau.
Các hành tinh khí gờm: Sao Mợc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải
Vương là những hành tinh ở xa Mặt trời hơn, kích thước lớn nhưng mật đợ thấp.
Chúng có thể có thành phần cứng như của các hành tinh đất nhưng phần lớn khối
lượng của chúng là một lớp khí quyển dày cấu tạo bởi Hydro, Heli và các loại khí
khác. Bầu khí quyển này có thể quan sát được từ Trái đất.
1.1.2.2. Hình dạng, kích thước Trái đất
a. Hình dạng Trái đất
Newton đã chứng minh rằng dưới tác dụng của lực hấp dẫn, Trái đất bị ép
theo phương trục quay và có dạng elipxoit. Gọi a là bán kính xích đạo b là bán kính
cực thì đợ dẹt d của Trái đất là:

9


𝑑=

𝑎−𝑏

(1.1)

𝑎

Tại hội nghị trắc địa thế giới lần thứ XVI (IUGG) ở Grenoble năm 1975,
người ta đã thống nhất xác định: a = 6378,140 km ± 5m; b= 6356,779 km và
d=1/298,275.
Ngày nay qua đo đạc người ta xác định được Trái đất có hình elipxoit ba
trục. Mặt phẳng xích đạo có hai bán kính a1 và a2. Do đó sẽ có hai đợ dẹt: đợ dẹt
xích đạo (de), đợ dẹt chung (da):
𝑑𝑒 =
𝑑𝑎 =

𝑎1 −𝑎2
𝑎
𝑎1 −𝑎
𝑎1

=
=

1
110,375

1
279,9

(1.2)
(1.3)

Kết quả quan sát của vệ tinh nhân tạo cho thấy Trái đất có dạng hình quả lê.
So với dạng elipxoit lý tưởng thì cực Bắc nhơ ra 10m, cực Nam lõm vào 30m (hình
1.3). Địa hình Trái đất lời lõm chênh nhau rất lớn.
Cực Bắc
Lời 10m

Lõm 30m
Cực Nam
Hình 1.3. Hình dạng quả lê của Trái đất
(theo King, Hele,… 1969)

b. Kích thước của Trái đất
Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy rằng, bán kính của Trái
đất khơng đều nhau. Bán kính ở xích đạo lớn hơn bán kính ở cực khoảng 21,384m.
Ngoài ra người ta cũng nhận thấy rằng các bán kính ở mặt phẳng xích đạo cũng
khơng giống nhau. Mặt phẳng cắt qua mặt xích đạo là mợt elip có một trục dài và
một trục ngắn. Trục dài đi qua kinh độ đông 1600, kinh độ tây 200. Trục ngắn đi qua
kinh độ đông 700, kinh độ tây 1100. Hai trục có đợ dài chênh nhau là 430m. Hai bán
kính Bắc và Nam nằm trên một mặt phẳng kinh tuyến cũng khơng bằng nhau. Bán
kính Bắc dài hơn bán kính Nam khoảng 242m.

10

Bảng 1.1. Bảng các thơng số về kích của Trái đất (theo IUGG, 1975)
TT

Thơng số

Giá trị

Đơn vị

1

Bán kính xích đạo

6378.140

Km

2

Bán kính ở cực

6356.779

Km

3

Bán kính bình qn R = (a2b)1/3

6371.012

Km

4

Đợ dẹt d =

1
298.275

a−b
a

5

Chu vi xích đạo

40075.24

Km

6

Chu vi kinh tuyến

40008.08

Km

7

Diện tích trên mặt

5.1007x108

Km2

8

Thể tích

1.0832x1012

Km3

9

Trọng khối

(5.942 ±0.0006)x1024

Kg

10

Tỷ trọng

5.52

g/cm3

1.1.2.3. Hình thái bề mặt Trái đất
a. Đặc trưng chung
Hình thái bề mặt trái đất gờm phần nổi trên mặt nước là lục địa, chiếm 29,2%
diện tích bề mặt Trái đất, phần chìm dưới nước biển chiếm 70,8%. Tỷ lệ hai phần
khoảng 1/2.5. Lục địa phân bố chủ yếu ở Bắc bán cầu. Phần bờ của địa hình phía
bắc nói chung là thẳng, cịn phần phía nam có dạng hình tam giác, mũi nhọn tam
giác chỉ về phía nam. Phần phía bắc các lục địa thường dính vào với nhau cịn phần
phái nam thì dời ra xa. Một số lục địa, đường bờ biển có thể lắp ghép được với nhau
như trị chơi xếp hình. Bờ phía đơng của châu Mỹ với bờ phía tây của châu Âu và
châu Phi.
Bề mặt Trái đất không bằng phẳng. Đỉnh cao nhất trên lục địa là
Chomolangma cao 8848,13m. Độ cao trung bình của lục địa 875m. Ở biển, đợ sâu
trung bình của biển là -3729m. Hố sâu nhất là Mariana, sâu -11033m.
b. Đặc trưng địa hình lục địa
Lục địa chiếm 30% diện tích bề mặt trái đất, bao gờm các dạng địa hình nằm
cao hơn mực nước biển, gờm các dạng địa hình: Đờng bằng, đời và núi.
Các dạng địa hình này phân bố trên 5 châu lục: Châu Á, châu Âu, châu Mỹ,
châu Phi, châu Nam cực và châu Úc (châu Đại Dương).
Trên lục địa dựa vào độ cao so với mực nước biển, có thể chia ra: Đồng bằng
có độ cao từ 0 – 50m, đồi có độ cao từ 50 – 200m, lớn hơn 200m là núi. Địa hình
núi cao có hai hệ thống chính cao trên 3000 - 5000m là:

11


- Hệ thống núi Anpơ - Hymalaya bắt đầu từ dãy Atlas ở bắc phi đến Anpơ và
kéo dài đến dãy Hymalaya có dạng hình cung nhơ về phía Nam.
- Hệ thống núi vịng quanh Thái bình dương, phân bố ở hai bên Thái Bình
Dương. Phía bờ đơng là các dãy núi Alaska, núi dọc bờ, núi đá… và dãy Anđơ. Ở

đây núi không cao bằng day Hymalaya nhưng bên cạnh nó là máng biển nước sâu
tạo ra một chênh lệch độ cao rất lớn. Dãy Anđơ chỉ cao hơn mặt nước biển 600 mét,
nhưng bên cạnh đó cách chưa đến 300 km là máng nước sâu Pêru – Chi lê sâu trên
800 mét, chênh lệch độ cao giữa hai nơi là 14700 mét. Bờ tây Thái Bình Dương
hình thành mợt loạt cung đảo nhơ về phía biển, nằm bên cạnh các máng nước sâu
cũng là đới chênh lệch độ cao rất lớn.
Hai hệ thống núi nêu trên là nơi có hoạt động núi lửa (chiếm 75% thế giới)
và động đất mãnh liệt (80% tâm động đất nóng cuả thế giới). Chúng có thời gian
hình thành trẻ.
Ngoài ra có mợt số núi hình thành sớm hơn, bị bóc mịn nhiều nên chênh
lệch độ cao không lớn (từ 500 - 2000m), ví dụ dãy núi Uran (Liên Xơ), Hồng Liên
Sơn, Trường Sơn (Việt Nam).
Dựa vào độ cao tuyệt đối của địa hình, địa hình núi được chia ra như bảng
1.2:
Bảng 1.2. Phân loại địa hình núi theo độ cao tuyệt đối
TT

Loại địa hình núi

Độ cao tuyệt đối

1

Núi thấp

500 m ÷ 1000 m

2

Núi trung bình

1000 m ÷ 3500 m

3

Núi cao

3500 m ÷ 5000 m

4

Núi rất cao

> 5000 m

Địa hình cao dưới 500m so với mặt biển hoặc chênh lệch độ cao tương đối
nhỏ hơn 200m gọi là đời. Địa hình tương đối bằng phẳng ít lời lõm có diện tích rợng
gọi là bình ngun hay đờng bằng, ví dụ đờng bằng Amazơn, Xibêri, Hoa bắc…,
Việt Nam có đồng bằng sông Cửu Long và đờng bằng Sơng Hờng. Những nơi có
địa hình hơi lời lõm, diện tích rợng ở trên cao hơn 600m so với mặt biển gọi là cao
nguyên. Việt Nam có cao ngun Trung bợ. Ngoài ra có địa hình bờn trũng, đó là
địa hình dạng trũng chậu, ở giữa thấp xung quanh cao. Ví dụ bờn trũng Điện Biên,
bờn trũng Than Uyên, bồn trũng Na Dương ở Việt Nam. Địa hình Riptơ là vùng đất
trũng thấp theo dạng tuyến do đứt gẫy cấu tạo ra, quy mơ lớn có thể dài hàng nghìn
km, rợng 30 - 50km. Ví dụ riptơ đơng Phi dài 6500km, riptơ sơng Ranh, Bai Can có

12


quy mô nhỏ hơn. Ngoài ra sông và hồ cũng là những kiểu địa hình của lục địa.

c. Đặc điểm địa hình đáy biển
Địa hình đáy biển khơng bằng phẳng mà lời lõm. Địa hình đáy biển được
chia ra 3 đơn vị lớn là: rìa lục địa, bờn đại dương và sống núi giữa đại dương (hình
1.4).
+ Rìa lục địa: Là bộ phận nằm giữa lục địa và bồn đại dương. Rìa lục địa
được phân ra thềm lục địa, sườn lục địa và chân lục địa. Máng nước sâu và cung
đảo cũng có thể xếp vào rìa lục địa.
Lục địa

Lục địa

Đại dương

Rìa lục
địa

Bờn đại dương

Sống
núi
giữa Bờn đại dương
đại
dương

Rìa lục
địa

Hình 1.4. Địa hình đáy biển

- Thềm lục địa: Là phần kéo dài ra biển của lục địa đến chỗ bắt đầu chuyển

sang dốc hơn. Thềm lục địa thoải, thường độ dốc khơng quá 0,30, bình qn 0,10.
Đợ sâu ≤ 200m nước, bình quân 130m.
Thềm lục địa lớn nhất ở Bắc Băng Dương (Bantic) rộng 1300km, hẹp nhất là
thềm lục địa ở bờ đơng Thái Bình Dương rợng chỉ vài km.
- Sườn lục địa: Có đợ dốc trung bình 40 - 250, sâu khơng quá 2000m nước,
rợng 20 - 100 km, bình quân 20 - 40km. Riêng ở vùng biển Sri Lanka, sườn lục địa
gần bờ ám tiêu san hô nên có độ dốc khá lớn, từ 350 - 450. Trên sườn lục địa có
những máng nước sâu đến hàng nghìn mét, hai bên bờ dốc đứng, hoặc từ 400 trở
lên.
- Chân lục địa: Là địa hình thoải hơn sườn lục địa nối sườn lục địa với bồn
đại dương. Độ dốc thoải chỉ độ 50 - 350 nằm trong vùng nước sâu 2000 - 5000m, bề
rộng khoảng 1000km. Chân lục địa do các vật liệu vụn của dòng biển hoặc trượt nở
tạo thành. Ở Thái Bình Dương khơng có chân lục địa, chỉ thấy ở Đại Tây Dương va
Ấn Độ Dương.
- Máng nước sâu và cung đảo: Máng nước sâu là những vực biển thẳm dạng
tuyến dài đến trên 1000 km, rộng 100 km, sâu trên 6 km. Trên thế giới có gần 30
máng nước sâu như thế, đa phần ở Thái Bình Dương và Đại Tây Dương, ít hơn ở
Ấn Đợ Dương. Ở Tây Thái Bình Dương máng nước sâu thường đi kèm với cung

13


đảo, cịn ở Đơng Thái Bình Dương máng nước sâu lại phân bố gần dãy núi hình
cung ở lục địa. Gần máng nước sâu là nơi xảy ra hoạt động núi lửa và động đất
mạnh mẽ. Chênh lệch độ cao giữa máng nước sâu và địa hình dâng cao bên cạnh là
khá lớn. Ví dụ như hố Mariana ở máng nước sâu Đông Philipin và quần đảo
Philipin có độ cao chênh lệch là 11515m, hố Mariana sâu -11033m, quần đảo
Philipin cao +478m.
Rìa lục địa nói chung chia làm hai loại: loại rìa lục địa kiểu Đại Tây Dương
gờm thềm lục địa, sườn lục địa và chân lục địa; loại rìa lục địa kiểu Thái Bình

Dương gờm thềm lục địa, sườn lục địa và máng nước sâu.
+ Bồn Đại Dương: Là đới địa hình bằng phẳng nằm giữa rìa lục địa và dãy
sống núi giữa đại dương ở độ sâu khoảng 4000 - 6000m. Địa hình bờn đại dương
chia ra đời biển thẳm và đồng bằng biển thẳm.
- Đồi biển thẳm có địa hình nhơ cao hơn đáy biển đợ 75 - 900m.
- Đồng bằng biển thẳm: Có độ dốc nhỏ được phủ các trầm tích mang từ lục
địa đến. Trong đồng bằng biển thẳm phân bố các núi ở biển đường kính đến 100km,
đợ cao đến 1km. Nếu núi có đỉnh bằng thì gọi là núi đỉnh bằng. Loại núi ở biển chủ
yếu phân bố chủ yếu ở Thái Bình Dương. Ngoài ra trong bờn đại dương cịn có các
dãy núi nhỏ ở đáy biển phân bố dạng chuỗi, xích, chủ yếu do các núi lửa ở đáy biển
tạo thành.
+ Sống núi giữa đại dương: Là dãy núi ở đáy biển giữa đại dương. Đây
cũng là nơi phát sinh động đất và vận động tương đối mãnh liệt. Đỉnh của dãy núi
cao hơn đáy biển khoảng 2000 - 3000m và cách mặt biển khoảng 2000 - 3000m,
rộng khoảng 2000 - 4000km. Các sống núi của ba đại dương nối với nhau và dài
đến khoảng 65000km, là hệ thống núi lớn nhất toàn cầu. Phần trục của sống giữa
đại dương thường phát sinh riptơ trung tâm cực đại. Riptơ ở giữa Đại Tây Dương
sâu đến 1- 2km và rộng đến khoảng 13 - 48km. Theo quan sát của tàu ngầm thì ở
một số riptơ trung tâm đang có hiện tượng chảy trào ra chậm chạp một loại như
dung nham magma có nhiệt độ cao, trong đó chứa nhiều nguyên tố kim loại. Sống
núi giữa đại dương thường bị một hệ thống đứt gẫy chéo hoặc thẳng góc cắt qua và
dịch chuyển đi tới khoảng 300 - 500km.
Riptơ ở đơng Thái Bình Dương hai bên sườn tương đối thoải, thể hiện không
rõ tính riptơ, đợng đất và chuyển đợng của vỏ Trái đất tương đối yếu cho nên còn
được gọi là đới nâng đại dương, khác với các sống núi giữa đại dương khác.
1.1.3. Cấu tạo bên trong và đặc điểm vật chất tạo thành vỏ Trái đất
Các kết quả nghiên cứu địa vật lý cho thấy Trái đất có tính phân thành các

14

quyển, nghĩa là có sự không đồng nhất về thành phần vật chất theo chiều thẳng
đứng.
mặt M
Vỏ Trái đất

Thạch quyển
75 km
250 km

Manti

Quyển mềm

2900 km

Nhân ngoài - lỏng
Lớp chuyển tiếp - rắn
Nhân trong - rắn

Nhân TĐ
6371 km

Hình 1.5. Cấu tạo bên trong củaTrái đất

Dựa theo kết quả nghiên cứu kết hợp các phương pháp địa vật lý, đặc biệt là
phương pháp địa chấn đo tốc độ truyền sóng dọc Vp và tốc độ truyền sóng ngang Vs
khi đi qua vật chất bên trong Trái đất, các nhà khoa học chia Trái đất thành ba vòng
cấu tạo lớn là: Vỏ trái đất, Manti và nhân của Trái đất (hình 1.5).
1.1.3.1. Lớp vỏ Trái đất

a. Khái niệm
Trong phần vỏ Trái đất, tốc độ truyền sóng Vp thay đổi từ 6.5 – 7.0 đến 7.4
km/s, nhưng khi sang phần manti thì Vp tăng đợt ngợt đến 7.9 – 8.0 đến 8.3 km/s.
Cịn tốc đợ Vs trong phần vỏ là 3.7 – 3.8 km/s đến manti thì đợt ngợt tăng lên 4.5 –
4.7 km/s. Như vậy có một ranh giới phân chia vỏ và manti thể hiện sự thay đổi đột
ngột tốc độ sóng. Mặt ranh giới này gọi là mặt Mohorovixic (lấy tên nhà địa vật lý
người Nam Tư, do ông phát hiện vào năm 1909), còn gọi là mặt Moho hay mặt M.
Như vậy, vỏ Trái đất là phần vật chất rắn bọc ngoài cùng của Trái đất nằm
trên mặt Moho. Vỏ Trái đất là đối tượng nghiên cứu chính của địa chất học.
Vỏ trái đất dày mỏng tùy từng nơi (tức mặt Moho có dạng lượn sóng). Ở đáy
dại dương vỏ Trái đất dày khoảng 5 – 12 km, trong các miền đồng bằng là 30 – 40
km, ở vùng núi cao là 50 – 75 km.
b. Cấu tạo của vỏ Trái đất
Vỏ Trái đất có bề dày không đồng đều, được thể hiện ở địa hình phức tạp từ
lục địa đến đại dương. Căn cứ vào tài liệu địa vật lý chia ra hai kiểu vỏ chính là vỏ
lục địa, vỏ đại dương và hai kiểu vỏ phụ là vỏ á lục địa và vỏ á đại dương.
Kiểu vỏ lục địa có bề dày khơng đều, cụ thể:

15


Ở vùng nền có bề dày 35 - 40km. Vùng
công trình tạo núi trẻ có bề dày 55 - 70km. Vùng
núi Hymalaya, Anđơ có bề dày 70 - 75km. Cấu
trúc của kiểu vỏ lục địa có hai phần chính (hình
1.6).
+ Lớp 1: là do đá trầm tích tạo thành. Vp
trung bình từ 3 – 5 km/s. Bề dày dao đợng từ 0 5km (ở đồng bằng lục địa) và dày nhất từ 8 10km (ở các trũng lớn của lục địa).

0-5 km

8  10

Lớp 1
Vp= 5.6-6.5 km/s
Lớp 2a
Măt K
Lớp 2b

10-25 km

Vp= 5.6-6.5 km/s

Măt
Moho

25-45 km
Manti

+ Lớp 2: là lớp đá cứng gồm đá magma và
đá biến chất chia ra: lớp 2a và lớp 2b.
- Lớp 2a: Lớp granito - gơnai hoặc granit
biến chất phân bố ở các khiên biến chất, Vp
trung bình từ 5.5 - 6km/s. Bề dày từ 10 - 25km,
vùng núi cao 20 - 25km.
- Lớp 2b: Lớp bazan cịn có tên gọi là
granulit - bazit vì tốc đợ Vp của hai loại đá tương
tự nhau. Ranh giới hai lớp 2a và 2b gọi là
Konrat (mặt K), Vp trung bình là 6.6 – 7.2 km/s.
Bề dày của lớp bazan trung bình từ 15 - 20km ở
vùng nền và ở vùng tạo núi từ 25 - 45km. Mặt

Konrat không phải lúc nào cũng thể hiện rõ.

Hình 1.6. Cấu trúc vỏ lục địa
0 km

Tầng trên

5.9- 6.3 km/s
K1

Tầng
trung gian

6.4-6.5 km/s

Tầng dưới

6.8-7.0 km/s

K2
40km

Mặt M

manti
Hình 1.7. Mơ hình vỏ lục địa
theo N.J. Pavlenkova

Mơ hình mới về vỏ lục địa do N.I. Pavlenkova nêu ra dựa theo kết quả
nghiên cứu ở lỗ khoan siêu sâu Kolxki và các thông tin địa vật lý mới.

Phân chia manti với phần đá của vỏ lục địa (mặt M) dựa vào Vp = 7.8- 8.3
km/s. Trong phần 2 (hình 1.7), người ta chia ba tầng ngăn cách bởi ranh giới K1 và
K2.
Tầng trên: Vp= 5.9 – 6.3 km/s có tính phân lớp và tính phân dị theo các bloc
riêng với các thành phần và thông số địa vật lý riêng.
Tầng trung gian: Vp = 6.4 - 6.5 km/s. Đặc tính phân lớp gần nằm ngang
móng. Trong đó có những xen lớp và tốc đợ Vp giảm xuống cịn 6 km/s có các thể
dị thường về tỷ trọng và đới tăng cao tính dẫn điện. Nó mang đặc tính của một lớp
mềm, vật chất trên đó có thể dịch chuyển ngang.
Tầng trên và tầng trung gian có các đá phức tạp, có thể bao gờm đá biến chất,
nói chung là đá axit. Tầng dưới có Vp= 6.8- 7.0 km/s gồm các đá biến chất tướng

16


granulit, các đá bazic và siêu bazic.
Kiểu vỏ đại dương: Cấu trúc vỏ đại dương gờm 4 lớp (hình 1.8), cụ thể:
Lớp 1: Lớp nước che phủ đại dương.
Lớp 2: Lớp trầm tích bở rời. Vp= 3 km/s, dày từ vài trăm mét đến 1 km.
Lớp 3: Lớp có Vp = 4 – 4.5 km/s. Thành
phần là dung nham bazan có xen lớp đá silic và
cacbonat dày từ 1 – 1.5km, có nơi dày 3 km.
Lớp 4: có VP = 6.3 - 6.4 km/s, đôi khi đến 7
km/s. Thành phần là đá gabro (bazơ) và một bộ
phận là đá pyroxenit (siêu bazơ). Một số nơi
gabro biến thành amphibolit chưa có lỗ khoan
nào qua hết lớp này. Đặc trưng của kiểu vỏ đại

0 km

Lớp1: nước

: nước
Lớp 2

< 3 km/s

Lớp 3

4- 4.5 km/s

Lớp 4

6.3- 6.4 km/s

Mặt Moho

6 - 7 km
Manti

dương là không có lớp granitognai, bề dày chỉ từ
Hình 1.8. Cấu trúc vỏ đại dương
5 - 12km, trung bình 6 - 7km (ở đáy Thái Bình
Dương).
Kiểu vỏ á lục địa: Loại này gặp ở những cung đảo (Alent, Kuril…) bao
quanh lục địa. Cấu trúc gần với kiểu vỏ lục địa nhưng bề dày nhỏ, chỉ 20 - 30km và
có đặc điểm là các lớp phân chia trong lớp cứng hóa không rõ ràng. Ở vùng dâng
cao Đại Tây Dương phần kéo dài của lục địa xuống dưới nước thì chiều dày rút
ngắn và lớp granitognai cũng vát nhọn khi đi về phía sườn lục địa.
Kiểu vỏ á đại dương: Cấu trúc gồm ba lớp: lớp nước, lớp đá trầm tích dày từ

4 - 10km có nơi 15 - 20km, lớp vỏ đại dương dày từ 5 - 10km Vp = 6 – 6.4 km/s, có
đặc trưng là khơng có lớp granitognai.
1.1.3.2. Lớp manti
a. Những đặc điểm chung
Manti được phân bố dưới vỏ Trái đất từ mặt M đến độ sâu 2900km. Tại đây
lại có một mặt ranh giới phân chia manti với nhân Trái đất, biểu hiện ở sự thay đổi
đột ngột tốc độ truyền sóng địa chấn Vp từ 13.64 km/s xuống 7.98 km/s, cịn Vs
ngun là 7.23 km/s đợt nhiên biến mất. Manti chiếm 82.3% thể tích Trái đất 67.8%
trọng khối. Thành phần chủ yếu ở dạng thể rắn, các nhà khoa học chia manti thành
hai phần manti trên và manti dưới. Ranh giới hai phần nằm ở độ sâu 650km.
Manti trên tỷ trọng bình quân là 3.5 g/cm3. So sánh với thiên thạch thì manti
trên gần gũi với thành phần của thiên thạch đá, trong đó ước chừng olivin chiếm
46%, pyrpxen 25%, plagiôcla 11%, hợp kim Fe- Ni 12%, tương tự đá siêu bazơ.
Thực nghiệm trong phòng (với điều kiện nhiệt độ, áp suất của manti) đối chiếu với

17


thực tế về tính chất trùn sóng thì thấy, vật chất ở manti trên gần với các đá eclogit
và piroxenit. Từ phần dưới vỏ trái đất đến độ sâu 250km là đới tốc độ thấp (quyển
mềm). Đới này cũng có thể là lị magma.
Phần manti nằm trên quyển mềm cợng với vỏ Trái đất làm thành quyển đá.
Phần dưới của manti trên phân bố ở độ sâu từ 350 đến 650km, tốc độ truyền sóng
địa chấn và tỷ trọng ở đây đều tăng cao, áp xuất cũng tăng cao. Trong điều kiện áp
suất lớn, tinh thể olivin và pyroxen bị ép nén tăng tỷ trọng có thể đến 10% từ đó có
thể giải phân thành những khoáng vật oxit (MgO, FeO, SiO, …) loại hình áp śt
cao, đờng thời giải phóng năng lượng lớn. Do đó, phần dưới của lớp manti trên có
thể là mợt ng̀n nhiệt năng bên trong Trái đất.
Manti dưới phân bố ở độ sâu từ 650 đến 2900 km. Thành phần hóa học gần
gũi với manti trên, tỷ trọng tăng, có thể do áp suất lớn nén ép vật chất mà cũng có

thể do lượng Fe tăng.
b. Phụ lớp quyển mềm
Người ta nhận thấy ở phần manti trên, trong khoảng độ sâu từ 60- 250km,
ranh giới của đới này uốn lượn thất thường, phản ánh đặc trưng của vật chất là ở trạng
thái dẻo khá mạnh. Vì thế nó cịn gọi là quyển mềm, quyển này rất có ý nghĩa đối với
hoạt động kiến tạo của vỏ Trái đất. Bởi vì, quyển mềm là tác nhân gây chuyển động
cơ học của vật chất Trái đất. Kết quả làm bề mặt Trái đất bị biến đổi mạnh mẽ. Các
lực bên trong trái đất làm cho bề mặt trái đất nâng cao lên hoặc thấp đi hoặc bị phá
hủy, gây ra sự dịch chuyển các mảng lục địa (thút kiến tạo mảng).
1.1.3.3. Lớp nhân
Tính từ đợ sâu 2900km đến tâm Trái đất (6371km), chia làm 3 lớp: Nhân
ngoài từ độ sâu 2900 - 4980km, lớp chuyển tiếp 4980 - 5120km và nhân trong từ
5120 – 6371km.
Nhân chỉ chiếm 16.2% thể tích Trái đất nhưng chiếm 31.3% trọng khối. Tỷ
trọng là 9.98 – 12.51 g/cm3, tương đương với thiên thạch Fe. Căn cứ vào tốc độ
truyền sóng địa chấn, nhân Trái đất ra làm 3 lớp: Lớp nhân ngoài nằm ở độ sâu từ
2885 - 4170km, lớp chuyển tiếp rắn và lớp nhân trong nằm ở độ sâu từ 5155km đến
tâm Trái đất.
Lớp nhân ngoài không có sóng ngang, chứng tỏ vật chất ở trạng thái lỏng. Ở
lớp chuyển tiếp lại đo được sóng ngang, chứng tỏ vật chất lại chuyển sang thể rắn.
Ở lớp nhân trong lại đo được sóng ngang và sóng dọc, mặt khác cũng thấy được
sóng dọc khi vào nhân trong có thể biến thành sóng ngang sau đó sau khi đi qua
nhân trong nó lại trở về sóng dọc. Điều đó có ý nghĩa là vật chất của nhân trong đã

18


thành vật chất rắn. Căn cứ vào tỷ trọng lớn thì vật chất của lớp nhân trong gần với
thiên thạch Fe, đồng thời với những chứng minh về tốc độ âm thanh của cơ học chất
lỏng cho thấy chúng do Fe, Ni tạo thành.

1.1.4. Các tính chất vật lý cơ bản của trái đất
1.1.4.1. Trọng lực
Trọng lực là lực hấp dẫn hướng tâm của Trái đất. Trọng lực cũng là một
trường hợp đặc biệt của định luật “vạn vật hấp dẫn” của Newton: Mọi vật thể trong
vũ trụ đều hút nhau với mợt lực F có giá trị: 𝐹 = 𝑘.
𝐹 = 𝑘.
Trong đó:

𝑚1. 𝑚2

(1.4)

𝑟2

𝑀.𝑚

(1.5)

𝑅2

k - hằng số hấp dẫn (= 6,67.10-11)
M - khối lượng Trái đất
m - khối lượng vật nằm ngoài Trái đất

R - khoảng cách từ tâm Trái đất đến tâm vật m
R - khoảng cách của hai vật
Ta thấy lực hút Trái đất sẽ truyền cho vật thể m một gia tốc g và lực hút
(trọng lực) P = m.g.
Nghĩa là F = P suy ra
𝑘.

𝑀.𝑚
𝑅2

𝑔 = 𝑘.

= 𝑚. 𝑔
𝑀

(1.6)
(1.7)

𝑅2

Từ đó ta thấy g phụ thuộc vào R. Như vậy càng lên cao giá trị g càng giảm
và P giảm.
Kết quả đo đạc cho thấy: Giá trị go ở hai cực là 9.83 m/s2, còn ở xích đạo go =
9.78 m/s2. Điều đó hoàn toàn hợp lý vì khoảng cách từ tâm Trái đất đến vật nằm ở
hai cực (Rc) nhỏ hơn khoảng cách từ tâm Trái đất đến vật nằm ở xích đạo (Rxđ).
Như vậy giá trị g sẽ tăng dần từ xích đạo về hai cực, nghĩa là g sẽ tăng dần
theo vĩ độ (0o ở xích đạo  90o ở cực)
Ở mỗi vĩ đợ và ở cùng đợ cao H thì g sẽ không đổi.
Ở mỗi vĩ độ ở độ cao của mặt biển có một giá trị go nhất định. Giá trị go này
được xác định theo công thức của hội nghị Trắc địa và Địa vật lý thế giới năm 1971
như sau:
go = 9.780318* (1 + 0.0053024*sin2 – 0.0000058* sin22)
(1.8)
 - độ lớn của vĩ độ

19

(g/cm3)


Giá trị go này được gọi là giá trị trọng lực trung bình (giá trị theo lý thuyết).
Nhưng giá trị đó thay đổi tùy theo độ cao thấp của địa hình, địa hình càng cao thì go
càng giảm. Kết quả đo đạc cho thấy cứ lên cao 1m thì go giảm đi 30.86*10-5 m/s2.
Tùy thành phần vật chất các đá với các tỷ trọng khác nhau, tỷ trọng càng lớn thì go
càng tăng. Giá trị trọng lực có được qua đo đạc sẽ được hiệu chỉnh để đưa về trị số
tương đương ở mực nước biển tại nơi đo, song nếu trị số đó vẫn lệch nhiều so với trị
số trung bình (trị số lý thuyết) thì gọi là dị thường trọng lực.
Dị thường trọng lực có một ý nghĩa lớn trong việc nghiên cứu cấu tạo bên
trong của vỏ Trái đất và trong việc tìm kiếm mợt số khoáng sản nhất định.
Trường trọng lực là phạm vi không gian bao quanh Trái đất chịu ảnh hưởng
của tác dụng trọng lực.
1.1.4.2. Tỷ trọng và áp lực của trái đất
Theo tính toán, tỷ trọng bình quân của Trái đất là 5.516g/cm3 (theo lực hấp
dẫn tính được trọng lượng Trái đất là 5.974x1021 tấn, cịn thể tích là 1.08x1012 km3).
Tỷ trọng bình quân của đá trên mặt là 2.7 – 2.8 g/cm3. Tỷ trọng bình qn của nước
biển là 1.028g/cm3. Theo tính toán của K.E.Bullen (Úc) 1975 thì tỷ trọng của phần
trên mặt vỏ là 2.7g/cm3, ở độ sâu 33km là 3.32 g/cm3, ở 2885km là 5.56 g/cm3 và
tăng lên đến 9.98 g/cm3, đến tâm Trái đất là 12.51 g/cm3.
Áp lực của Trái đất càng xuống sâu càng lớn, nó liên quan với tỷ trọng và
trọng lực ở nơi ấy. Thường trong phần vỏ Trái đất, cứ xuống sâu 1km thì áp suất
tăng 270Pa (Pa là đơn vị đo ứng suất và áp lực – Pascal, 1 Pa = 1 N/1m2 = 0.102
kg/cm2 = 10-5 bar, 1bar = 750mmHg). Ở độ sâu 10km áp lực khoảng 1KPa, 33km
khoảng 12KPa, 2885km là 1325KPa và ở tâm Trái đất khoảng 3600KPa.
1.1.4.3. Địa Từ Trường
- Khái niệm chung: Chúng ta thấy kim địa bàn ở mọi nơi trên Trái đất đều
chỉ về một phương B - N cố định. Điều đó chứng tỏ xung quanh Trái đất có một

trường từ gọi là địa từ trường. Nghĩa là Trái đất là một nam châm khổng lồ, nó cũng
có hai cực Bắc và Nam. Người ta đã xác định được trục địa từ ( đường nối hai từ
cực) lệch so với trục địa lý (trục quay của Trái đất) một góc 11o44’. Từ trường Trái
đất được đo bằng cường độ từ trường.
- Độ từ thiên: Độ từ thiên là độ lệch giữa phương BN theo kim địa bàn chỉ
với phương bắc nam địa lý. Hay giữa kinh tuyến địa từ và kinh tuyến địa lý, nó thay
đổi theo các điểm trên kinh tuyến. Đường kinh tuyến có độ từ thiên bằng không gọi
là đường từ kinh tuyến. Đường nối những điểm có độ từ thiên bằng nhau gọi là
đường đẳng thiên.

20


Trục trái đất
Trục địa từ
(cực Bắc địa từ) B

- Đơn vị cường độ từ trường được
đo bằng Ampe/mét hoặc gamma - 
- Cường đợ từ trường bình qn của
Trái đất là 0,6.4.10-3A/m

11o44'

N (cực Nam

địa từ)

Hình 1.9. Từ trường của trái đất

- Độ từ khuynh: Là góc nghiêng giữa kim địa bàn so với mặt phẳng nằm
ngang. Tại đường xích đạo đợ từ khuynh bằng 0o, cịn ở hai cực đợ từ khuynh bằng
900. Đường có độ từ khuynh bằng không (đường xích đạo) gọi là đường từ - xích
tuyến. Đường nối những điểm có cùng trị số địa từ khuynh là đường đẳng khuynh.
- Dị thường từ: Là trị số cường độ từ trường đo được tại một điểm nào đó
vượt xa (chênh lệch nhiều) so với trị số phông - trị số trung bình. (Trị số bình quân trung bình của các điểm đo trên Trái đất hay của một khu vực rộng lớn nào đó).
Nguyên nhân sinh ra dị thường từ là do sự tập trung ở một nơi nào đó những
khống vật hoặc đá có từ tính lớn (ví dụ: manhetit (Fe3O4), inmenit (FeTiO3),
Pyrotin, rutin (TiO2)...)  dị thường này là dị thường dương còn những nơi tập
trung khoáng vật khơng có từ tính hoặc từ tính yếu (thạch anh, thạch cao (CaSO4),
dầu mỏ...) chỉ tạo ra dị thường âm.
Đá magma thường có từ tính cao hơn đá trầm tích.
Dị thường từ rất có ý nghĩa trong việc nghiên cứu cấu trúc địa chất và phát
hiện khoáng sản.
Ví dụ: Ở Việt Nam mỏ Fe - Thạch Khê - Hà Tĩnh được tìm kiếm nhờ cơng
tác đo từ hàng khơng.
- Ngun nhân sinh ra từ tính của trái đất: Từ tính của Trái đất là do những
hệ thống các dịng điện tờn tại trong nhân của Trái đất, hệ thống dòng điện này được
sinh ra do sự dịch chuyển của vật chất trong nhân Trái đất.
Do vỏ trái đất được cấu tạo những loại đá (đá magma) có chứa những
khoáng vật có từ tính.
1.1.4.4. Nhiệt của Trái đất
Địa nhiệt là nhiệt độ của Trái đất, nhiệt của Trái đất do nhiệt của Mặt trời
cung cấp và nhiệt có bên trong trái đất.

21


- Hằng ngày Mặt trời bức xạ một lượng nhiệt rất lớn về Trái đất, nhưng Trái
đất hấp thụ không hết mà chỉ hấp thụ mợt phần, cịn lại đa số bức xạ lên không

trung. Nhiệt Mặt trời chỉ làm nóng Trái đất đến một độ sâu nhất định và không lớn
khoảng 20 – 30 m.
- Nguồn nhiệt bên trong Trái đất chủ yếu do nguồn phóng xạ của các nguyên
tố phóng xạ như: U (U238, U235); Th232 và K40.
- Đới đẳng nhiệt là đới có nhiệt độ không thay đổi, nó không bị ảnh hưởng
bởi các yếu tố bên trong và bên ngoài. Theo tính tốn thì các ngun tố phóng xạ
cung cấp địa nhiệt chủ yếu phân bố ở phần vỏ Trái đất vì các nguyên tố phóng xạ
chỉ gặp nhiều trong đá trầm tích, đá granít, đá bazan là 3 loại đá chủ yếu cấu tạo nên
vỏ trái đất.
- Građient địa nhiệt: Khi vượt qua đới đẳng nhiệt thì nhiệt đợ của Trái đất
càng xuống sâu càng tăng lên. Trung bình cứ xuống sâu 100m nhiệt đợ tăng thêm
30. Số nhiệt độ tăng thêm trên một đơn vị độ sâu gọi là građient địa nhiệt.
Cấp địa nhiệt là khoảng độ sâu để nhiệt độ tăng lên 10 (33m).
Quy luật tăng nhiệt độ này không phải phù hợp với mọi độ sâu nghĩa là quy
luật đó chỉ đúng với một độ sâu nhất định (khoảng 15km).
- Theo kết quả đo đạc của địa vật lý thì sự tăng lên của địa nhiệt như sau: Ở
đáy vỏ Trái đất (ở đợ sâu 30km) thì nhiệt đợ khoảng 4000C; Ở 100km thì nhiệt đợ
khoảng 13000C; Ở 300km thì nhiệt đợ khoảng 18000C ÷ 30000C; Ở 2900km thì
nhiệt đợ khoảng 28500C ÷ 40000C; Ở tâm Trái đất thì nhiệt đợ khoảng 40000C ÷
60000C.
Ở những nơi mà địa nhiệt rất lớn hoặc vượt xa građient địa nhiệt thì được gọi
là nơi có dị thường địa nhiệt.
1.2. Thành phần vật chất của vỏ trái đất
Sau khi tìm hiểu qua Vũ trụ, Trái đất, chúng ta nhận thấy đối tượng cần
nghiên cứu chính của học phần này là vỏ Trái đất. Chúng ta sẽ đi vào nghiên cứu vỏ
Trái đất với các đặc trưng về thành phần vật chất, từ đó nghiên cứu sâu hơn về các
quá trình địa chất xảy ra ở vỏ Trái đất. Thành phần vật chất là những vật chất thấy
được và nghiên cứu được bằng phương pháp địa chất học, không đi sâu nghiên cứu
về mặt cấu trúc vật chất thuộc lĩnh vực vật lý học. Các kết quả nghiên cứu về địa
hóa sẽ được ứng dụng chứ khơng đi sâu vào phương pháp phân tích.

1.2.1. Thành phần hóa học
1.2.1.1. Các nguyên tố hóa học
Trong vỏ Trái đất các ngun tố hóa học tờn tại dưới dạng phân tán không đồng

22


đều, chúng luôn luôn kết hợp, luôn luôn biến đổi trong các khoáng vật và các đá khác
nhau.
Năm 1889, W.Clark người Mỹ, lần đầu tiên công bố kết quả phân tích thống
kê các mẫu đá lấy từ trên mặt đất cho đến đợ sâu 16 km ÷ 20 km về tỷ lệ % trọng
lượng các nguyên tố. Sau đó ông cùng H.S.Washington sau 35 năm đã thu thập
5159 mẫu để tính ra hàm lượng trung bình của 50 ngun tố. Số liệu công bố đã gây
nên sự chú ý mạnh mẽ của các nhà khoa học. Từ đó người ta gọi trị số % trọng
lượng nguyên tử của nguyên tố trong vỏ Trái đất theo đơn vị g/tấn là trị số Clark.
Cho đến nay đã có nhiều tác giả công bố trị số Clark theo kết quả phân tích của
riêng mình.
- Các nguyên tố chủ yếu của vỏ Trái đất bao gồm 8 nguyên tố: O, Si, Al, Fe, Ca,
Na, Mg, K, trong đó O, Si, Al là chủ đạo, nó chiếm tới hơn 80% trọng lượng của vỏ
trái đất, O chiếm gần 50%.
- Thành phần trên cũng gần với thành phần của sao Kim và sao Hỏa.
- So với thành phần nguyên tố của cả Trái đất thì O vẫn là chủ đạo, tiếp theo
là Fe, Si, Mg, còn ở vỏ trái đất thì nhóm Al, Ca, Mg, Na lại tương đối nhiều.
- Các nguyên tố kim loại có ích (Cu, Pb, Zn,...) chiếm tỉ lệ rất thấp (ví dụ
theo thống kê của các tác giả trên Cu có từ 0,0047 ÷ 0,01%; Pb từ 0,00016 ÷
0,0002%; C từ 0,023 ÷ 0,35%).
Bảng 1.3. Trị số Clark các nguyên tố chủ yếu của vỏ Trái đất
Các nguyên
tố chính

Theo Clark và
Washington, 1924

Theo Fesman,
1933, 1939

Theo Goldsmith,
1937

Vinogradov,
1962

O
Si
Al
Fe
Ca
Na
Mg
K

49,52
25,75
7,15
4,70
3,39
2,64
1,94
2,43

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

46,60
27,72
8,13
5,00
3,63
2,83
2,09
2,59

47,00
29,50
8,05
4,65
2,96
2,50
1,87
2,50

1.2.1.2. Các oxyt
Trị số Clark xem như là trị số bình quân phân bố các nguyên tố hóa học
trong vỏ Trái đất. Do tác dụng của các quá trình địa chất nên ngun tố hóa học bị

phân tán, chỗ ít, chỗ nhiều. Nơi nào tập trung đặc biệt vượt xa trị số Clark thì có khả
năng tạo thành mỏ công nghiệp.
Trị số Clark xem như là trị số phông các nguyên tố của vỏ Trái đất.

23


Bảng 1.4. Thành phần các oxyt chủ yếu của vỏ Trái đất (% trọng lượng)
Các oxyt chủ yếu

SiO2

Al2O3 CaO

FeO Fe2O3 MgO Na2O

K2O TiO2

Ở vỏ lục địa

60,2

15,2

5,5

3,8

2,5

3,1

3,0

2,9

0,6

Ở vỏ đại dương

48,8

17,0

11,9

6,6

2,0

7,0

2,7

0,2

1,4

Bình quân ở vỏ Trái đất 60,3

16,3

5,3

4,2

2,5

3,2

3,7

2,3

0,8

1.2.2. Thành phần khoáng vật
1.2.2.1. Khái niệm và trạng thái tồn tại của khoáng vật
a. Khái niệm khoáng vật
Khoáng vật là những đơn chất hay hợp chất hóa học, được thành tạo từ các
q trình hóa lý và các hoạt động địa chất xảy ra trong tự nhiên có thành phần hóa
học, cấu trúc mạng tinh thể và tính chất hóa lý đặc trưng.
Tuy nhiên, Hiệp hợi Khống vật Quốc tế vào năm 1995 đã chấp nhận mợt
định nghĩa mới: khống vật là một ngun tố hay một hợp chất hóa học thơng
thường kết tinh và được tạo ra như là kết quả của các quá trình địa chất.
Khống vật là những đơn chất hố học tự nhiên: Au, Ag, Pt, C, Cu…
Khoáng vật là những hợp chất hoá học: SiO2, CaCO3, H2O, Fe3O4…
Cho tới nay người ta đã phát hiện được hơn 3000 khoáng vật, trong đó gần
50 khoáng vật là phổ biến tham gia vào quá trình tạo đá.
b. Trạng thái tồn tại của khoáng vật trong tự nhiên.

Trong tự nhiên các khoáng vật tồn tại chủ yếu ở trạng thái rắn và là thành
phần chính của các thành tạo đá và quặng của vỏ Trái đất.
Ví dụ: SiO2 (thạch anh), CaSO4.2H2O (thạch cao), NaCl (halit)...
Mợt số khống vật của tự nhiên cịn tờn tại ở trạng thái lỏng như thuỷ ngân,
nước, dầu mỏ…
Còn số ít khống vật của tự nhiên lại tờn tại ở trạng thái khí như cacbonat,
mêtan, hyđro….
Các khống vật rất phổ biến trong thành phần của vỏ Trái đất và chúng
chiếm khối lượng chính trong các thành tạo đá magma, đá trầm tích, đá biến chất và
các thành tạo đai mạch cũng như các sản phẩm bở rời của vỏ phong hóa và các loại
đất, thổ nhưỡng.
1.2.2.2. Hình thái tồn tại và cấu trúc của khống vật
Mỗi khống vật tờn tại trong tự nhiên đều dưới mợt hình dạng - hình thể nhất
định (tờn tại theo mợt hình thù nào đó). Chúng có thể có các dạng kết tinh (dạng
tinh thể), dạng vơ định hình và dạng keo.
a. Khống vật kết tinh

24