bài giảng địa chất công trình chương 1 - mở đầu

CHÖÔNG 1: ÑAÁT ÑAÙ
Theo nguồn gốc, đất đá được chia làm 3 loại chính:
Macma (có nguồn gốc nội sinh)
Trầm tích (có nguồn gốc ngoại sinh)
Biến chất (có nguồn gốc biến chất)
1.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ TRÁI ĐẤT VÀ VỎ TRÁI ĐẤT
Trái đất có hình cầu, ở xích đạo phình ra, hai cực hơi dẹt đi vì
tốc độ quay quanh trục Bắc - Nam khá lớn với R
TB
= 6366
km.
Trái đất có thể được chia ra thành 3 lớp chính:
Vỏ Trái đấtđược chia làm 3 lớp:
Trên cùng là lớp trầm tích hiện đại, có bề dày thay đổi từ 0,0
– 1,5km
Lớp đá granittoit
Lớp dưới cùng là lớp bazan còn gọi là vỏ bazan, cấu tạo bởi
các đá mafic như gabro và bazan
Cấu tạo các
vòng quyển bên
trong Trái đất
Manti ở độ sâu 60 – 2900km
Nhân Trái đất (dưới 2900km): nhiệt độ rất cao 4000oC, áp
suất > 1,5 triệu atm.
Nhiệt bên trong Trái đất
Dòng nhiệt: Sự phân bố không đ ều của núi lửa, suối và
các giếng phun nước nóng, và các biểu hiện dòng nhiệt
cao khác (tập trung chủ yếu ở khu vực các rìa mảng)
chứng tỏ rằng dòng nhiệt xuất phát từ phần bên trong
Trái đất ra mặt ngoài là không đồng đều.
Quá trình truyền nhiệt đối lưu được xem như là một giải

thích về dòng nhiệt hợp lý hơn cả đối với dòng nhiệt từ
nhân.
1.2. ĐẠI CƯƠNG VỀ KHOÁNG VẬT
Khoáng vật là một hợp chất hóa học hay một nguyên tố tự
sinh – là thành phần cơ bản tạo nên đất đá.
1.2.1 Một số đặc tính của khoáng vật
1.2.1.1.Hình dạng tinh thể của khoáng vật
Các dạng phát triển của tinh thể
1.Dạng phát triển theo một phương (thạch anh);
2. Dạng phát triển theo hai phương(barit);
3. Dạng phát triển theo ba phương (halit)
1.2.1.2. Màu của khoáng vật
Khoáng vật chứa nhiều Fe, Mg thư ờng có màu sẫm, còn
khoáng vật chứa nhiều Al, Si thì màu nhạt.
1.2.1.3. Độ trong suốt và ánh của khoáng vật
1.2.1.4. Tính dễ tách (cát khai) của khoáng vật
Tính dễ tách là khả năng của tinh thể và các hạt kết tinh (mảnh
của tinh thể) dễ bị tách ra theo những mặt phẳng song song.
Chia tính dễ tách ra các mức độ sau:
+ Rất hoàn toàn: tinh thể có khả năng t ách theo các mặt tách
một cách dễ dàng, (như mica,…)
+ Hoàn toàn: dùng búa đập nhẹ sẽ vỡ theo các mặt tách tương
đối phẳng(như calcite, halit,…)
+ Không hoàn toàn: khó thấy mặt tách mà thư ờng là vết vỡ
không có qui tắc, (như thạch anh),… vì vậy còn gọi là tính
không tách của khoáng vật.
1.2.1.5.Vết vỡ của khoáng vật
1.2.1.6.Độ cứng của khoáng vật
Độ cứng là khả năng ch ống lại tác dụng cơ học bên ngoài
(khắc, rạch) lên bề mặt của khoáng vật.

Thang độ cứng Mohs:
1. Talc
2. Gypsum (Thạch cao)
3. Calcite
4. Fluorite
5. Apatite
6. Feldspar
7. Quartz (Thạch anh)
8. Topaz
9. Corundumn (coriđon)
10. Diamond (Kim cương)
1.2.1.7.Tỷ trọng của khoáng vật
Những khoáng vật tạo đá có tỷ trọng từ 2,5 đến 3,5.
1.2.2 Phân loại khoáng vật và mô tả một số khoáng
vật tạo đá chính
Theo nguồn gốc thành tạo: các khoáng vật nguyên sinh
(khoáng vật trong đá macma, đá trầm tích hóa học); các
khoáng vật thứ sinh (chủ yếu trong đá trầm tích và đá
biến chất).
1.2.2.1. Phân loại khoáng vật theo kiểu liên kết hóa
học
Nhóm 1: gồm các khoáng vật có liên kết cộng hóa trị
giữa các yếu tố kiến trúc cơ bản.
Nhóm 2: gồm các khoáng vật có liên kết ion giữa các
yếu tố kiến trúc cơ bản.
Nhóm 3: là các khoáng vật liên kết hỗn hợp: liên kết
cộng hóa trị đồng thời có cả liên kết ion, phân tử và liên
kết keo nước.
1.2.2.2. Phân loại khoáng vật theo thành phần hóa học
Hiện nay trong lĩnh vực Địa chất phổ biến nhất là phân loại

theo thành phần hóa học:
1. Các nguyên tố tự nhiên như: Cu, Au, Ag
2. Sunfua (hợp chất lưu huỳnh) như: pirit (FeS
2
)
3. Halogenua (muối của các axit halogenhydrit) như: halit
(NaCl)…
4. Cacbonat (muối của axit cacbonit) như: calcite (CaCO
3
)
5. Sunfat (muối của axit sunfurit) như : thạch cao
(CaSO
4
.2H
2
O)
6. Fotfat (muối của axit photphorit): phốtphát (CaP
2
O
5
)
7. Oxit như: thạch anh (SiO
2
)
8. Silicat (muối của axit silicic) như : Orthoclase
(K[AlSi
3
O
8
])

9. Hợp chất hữu cơ như: CH
4
.
Giới Thiệu Một Số Khoáng Vật Tạo Đá Chủ Yếu
a) Lớp silicat
Lớp silicat chiếm 75% trọng lượng vỏ Trái đất. Chúng
thường có màu sặc sỡ, sáng và có độ cứng lớn.
1-Nhóm feldspar
Feldspar là allumosilicat Na, K và Ca, được tạo thành
khi đá macma kết tinh và là thành phần quan trọng trong
đá macma, bao gồm ba nhóm khoáng vật chính:
Na [AlSi
3
O8]; Ca [Al
2
Si
2
O
8
]; K [AlSi
3
O
8
]
Feldspar natri-canxi còn gọi là plagioclase. Chúng gồm
những khoáng vật hỗn hợp đồng hình liên tục của anbit
(Ab) Na[AlSi
3
O
8

] và anoctit (An) Ca[Al
2
Si
2
O
8
].
Plagioclase thường có dạng tấm và lăng tr ụ tấm; màu
trắng hoặc xám trắng, đôi khi có sắc lục phớt xanh, phớt
đỏ; ánh thủy tinh. Dễ tách hoàn toàn theo hai phương.
Các biến thể chính của plagioclase có tên như sau:
Tên khoáng Anbit
Anbit 100 – 90%
Oligioclase 90 – 70%
Andezin 70 – 50%
Labrador 50 – 30%
Bitaonit 30 – 10%
Anoctit 10 – 0%
Feldspar kali phổ biến nhất có orthoclase và microclin. Màu hồng
nhạt, vàng nâu, trắng đỏ; ánh thủy tinh. Dễ tách hoàn toàn.
Ở các khu vực khí hậu khô, feldspar bị phong hóa tạo thành cát
còn ở nước ta feldspar bị phân hủy tạo thành sét.
2-Nhóm mica
Mica có thành phần hóa học phức tạp và có đặc điểm là dễ tách
rất hoàn toàn. Khoáng vật chủ yếu của nhóm này là biotit (mica
đen) và muscovit (mica trắng)
3/Nhóm piroxen
Phổ biến nhất là augit. Tinh thể hình trụ ngắn, hình tấm. Tập hợp
khối đặc sít. Màu đen lục, đen, ít khi lục thẫm hay nâu. Dễ tách
hoàn toàn.

4/Nhóm amfibon
Phổ biến nhất là hocblen. Tinh thể dạng lăng trụ, hình cột. Màu
lục hoặc nâu có sắc từ sẫm đến đen.
5/Nhóm olivin: tập hợp dạng hạt. Màu phớt vàng, vàng, phớt
lục. Ánh thủy tinh. Độ cứng 6,5 – 7. Thường không tách.
6/Nhóm talc: tập hợp thành khối đặc sít; rất đặc trưng là ở dạng
lá, dạng vẩy. Độ cứng 1. Dễ tách hoàn toàn theo một phương.
7/Nhóm clorit
Tinh thể dạng tấm, tập hợp có dạng vảy. Màu lục sáng, lục thẫm,
ánh ngọc. Dễ tách hoàn toàn. Vết vỡ không đều, sần sùi.
8/Nhóm khoáng vật sét
Đây là các khoáng vật thứ sinh của lớp silicat. Nó là thành phần
chủ yếu của đất sét và đất loại sét nên có tên là khoáng vật sét.
Sét và đất loại sét, trong thành phần của phần phân tán mịn (nhóm
hạt < 0,005mm) chủ yếu là các khoáng vật sét.
Phổ biến và đ ặc trưng nhất trong nhóm khoáng vật sét có
kaolinit, illit, montmorilonit. Chúng đều được cấu tạo bởi
những lớp mỏng oxit silic (SiO
2
) và oxit alumin (Al
2
O
3
).
+Kaolinit: được hình thành
ngay trên mặt đất, trong môi
trường axit. Tinh thể phiến
mỏng, hình dạng rất khác nhau.
Sét kaolinit sinh thành trong điều kiện nóng ẩm, là sản
phẩm phong hóa hóa học từ các đá giàu silicat alumin,

qua vận chuyển được lắng đọng ở biển nông, ven biển,
hồ, đầm, sông, trong môi trường nước giàu axit
cacbonic, axit hữu cơ.
+Montmorilonit: qua kính hiển vi điện tử, chúng đều có
đặc điểm là có độ phân tán cao và tính chất mơ hồ của
đường nét. Các khoáng vật của nhóm hầu như hoàn toàn
được thành tạo trong điều kiện ngoại sinh, phần lớn là
trong quá trình phong hóa (bằng cách thủy phân) của
các đá macma bazơ trong đi ều kiện môi trường kiềm
(pH=7 – 8,5).
+Illit (Hydromica) đư ợc thành tạo trong điều kiện môi trường
khác nhau nhưng chủ yếu là môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung
hòa và axit yếu, đồng thời luôn luôn có nồng độ kali khá cao ở
trong các dung dịch nước.
b) Lớp oxit: Trong lớp này hay gặp opan, thạch anh,
limonit.
Thạch anh SiO
2
là khoáng vật phổ biến nhất trong vỏ
Trái đất, thường không màu, đôi khi tr ắng sữa, xám.
Anh thủy tinh. Không dễ tách. Vết vỡ vò sò. Độ cứng 7.
Thạch anh thành tạo khi macma nguội lạnh và cả khi kết
tủa từ dung dịch.
Thạch anh là khoáng vật nhóm oxit (SiO
2
), rất ổn định
về mặt hóa học, có cường độ và độ cứng cao, chủ yếu là
có nguồn gốc nguyên sinh, hạt thường có kích thước lớn
và đẳng thước, là thành phần chính của cuội, sỏi, cát và
bụi. Cát hạt to như cát vàng hầu như hoàn toàn là thạch

anh.
c) Lớp cacbonat:
Khoáng vật phổ biến có calcite và dolomit.
Calcite CaCO
3
. Sủi bọt với axit HCl loãng (10%).
Dolomit CaCO
3
.MgCO
3
. Mảnh dolomit bị hòa tan chậm bởi axit HCl
(10%) khi nguội. Bột dolomit sủi bọt mạnh với HCl được đun nóng.
d) Lớp sunphat:
Anhydrit CaSO
4
.
Gíp (thạch cao) CaSO
4
.2H
2
O. Tinh thể dạng tấm, ít khi dạng sợi. Màu
trắng, khi lẫn tạp chất có màu xám, vàng đồng, nâu, đỏ hoặc đen. Ánh
thủy tinh . Độ cứng 2. Dễ tách rất hoàn toàn.
e) Lớp sunphua:
Pirit FeS
2
. Tinh thể hình lập phương, trên mặt tinh thể có những vết
khía. Màu đồng thau, khi phân tán nhỏ có màu đen. Không dễ tách.
f) Lớp halogenua:
Khoáng vật phổ biến nhất của lớp này là muối mỏ halit (NaCl). Tinh

thể lập phương. Màu trắng hoặc không màu. Độ cứng 2,5. Dễ tách hoàn
toàn.
Tinh theồkhoaựng
vaọt thaùch anh
Chert
Opal
Plagioclase (anbit)
Feldspar dưới kính
hiển vi (trong
đábazan)
Tinh thểcanxit
Canxit lấp nhét
trong các khe nứt
Pyrit (saét)
Galen (chì)
Heâmatit
Thang ñoäcöùng
1.3. KIẾN TRÚC, CẤU TẠO VÀ THẾ NẰM CỦA ĐẤT ĐÁ
1.3.1. Kiến trúc của đất đá
Kiến trúc của đất đá là khái niệm tổng hợp từ các yếu tố như:
hình dạng, kích thước hạt, tỷ lệ kích thước và hàm lượng tương
đối của các hạt trong đá cũng như mối liên kết giữa các hạt đó
với nhau.
1.3.2.Cấu tạo của đất đá
Cấu tạo của đất đá cho biết quy luật phân bố hạt khoáng vật theo
các phương hướng khác nhau trong không gian và mức độ sắp
xếp chặt sít của nó.
1.3.3.Thế nằm của đất đá
Thế nằm của đất đá cho ta khái niệm về hình dạng, kích thước và
tư thế của khối đá trong không gian cũng như mối quan hệ của

các khối đá với nhau.
1.4.
1.4.
Đ
Đ
Á
Á
MACMA
MACMA
Macma khi thâm nh
Macma khi thâm nh
ậ
ậ
p v
p v
à
à
o ph
o ph
ầ
ầ
n trên c
n trên c
ủ
ủ
a v
a v
ỏ
ỏ
Tr

Tr
á
á
i đ
i đ
ấ
ấ
t s
t s
ẽ
ẽ
t
t
ỏ
ỏ
a nhi
a nhi
ệ
ệ
t (1000
t (1000
–
–
1300oC)
1300oC)
v
v
à
à
ngu

ngu
ộ
ộ
i d
i d
ầ
ầ
n,
n,
đông c
đông c
ứ
ứ
ng l
ng l
ạ
ạ
i th
i th
à
à
nh đ
nh đ
á
á
macma. N
macma. N
ế
ế
u nh

u nh
ữ
ữ
ng kh
ng kh
ố
ố
i macma n
i macma n
à
à
y b
y b
ị
ị
đông
đông
đ
đ
ặ
ặ
c v
c v
à
à
ngu
ngu
ộ
ộ
i đi

i đi
ở
ở
dư
dư
ớ
ớ
i sâu trong lòng
i sâu trong lòng
đ
đ
ấ
ấ
t th
t th
ì
ì
g
g
ọ
ọ
i l
i l
à
à
đ
đ
á
á
xâm nh

xâm nh
ậ
ậ
p
p
. N
. N
ế
ế
u nh
u nh
ữ
ữ
ng
ng
kh
kh
ố
ố
i macma n
i macma n
ó
ó
ng ch
ng ch
ả
ả
y n
y n
à

à
y phun lên m
y phun lên m
ặ
ặ
t
t
đ
đ
ấ
ấ
t theo c
t theo c
á
á
c khe n
c khe n
ứ
ứ
t r
t r
ồ
ồ
i đông đ
i đông đ
ặ
ặ
c l
c l
ạ

ạ
i
i
v
v
à
à
ngu
ngu
ộ
ộ
i đi th
i đi th
ì
ì
g
g
ọ
ọ
i l
i l
à
à
đ
đ
á
á
phun tr
phun tr
à

à
o
o
(kh
(kh
í
í
v
v
à
à
hơi nư
hơi nư
ớ
ớ
ctho
ctho
á
á
t ra).
t ra).
Trang 1
Trang 1
Dạng nền
Dạng nấm
Dạng lớp, dạng mạch
Dạng lớp phủ
Dạng dòng chảy
Trang 1
Trang 1

1.4.2. Thành phần khoáng vật
Dựa vào lượng SiO2, chia thành 4 loại:
- Đá axit: SiO2 trên 65% như: granit, liparit (ryolit)
- Đá trung tính: SiO2 55 - 65% như: diorit, sienit, andezit
- Đá bazơ: SiO2 45 - 55% như: gabro, bazan
Đá siêu bazơ: SiO2 nhỏ hơn 45% như: periđôtit, đunit
1.4.3. Kiến trúc (chỉ trạng thái)
Toàn tinh
Vi tinh
Pocphia
1.4.4. Cấu tạo
Dựa theo sự định hướng của khoáng vật : cấu tạo đồng nhất (hay
cấu tạo khối) và cấu tạo dải (hay cấu tạo dòng)
1.4.5. Phân loại đá macma và đặc tính của một số đá macma
chính: (phân loại theo hàm lượng SiO
2
)
Đá loại axit (nhóm granit-liparit)
Nhóm đá macma granitoit có đ ặc
điểm là hàm lượng SiO
2
tương đối lớn
cho thấy thạch anh là một trong những
khoáng vật chính trong đá. Thành
phần khoáng vật của granit loại bình
thường là plagioclase axit (anbit,
oligioclase) (30%), feldspar kali
(30%), thạch anh (30%), 10% là biotit
và khoáng vật phụ.