CHƯƠNG II - THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA TRÁI ĐẤT ppsx

CHƯƠNG II
THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA TRÁI ĐẤT
Sơ đồ mô tả thành phần vật chất của trái dất
Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học
Khoáng vật Khoáng vật
Đá magma Đá trầm tích Đá biến chất
Thạch quyển Manti Nhân
Trái đất
Khoáng vật
THÀNH PHẦN HÓA HỌC

Việc nghiên cứu thành phần vật chất
của trái đất chủ yếu được tiến hành dựa
trên phân tích hàng chục ngàn mẫu vật
lấy trên bề mặt hoặc trong các giếng
khoan trong phạm vi lớp vỏ nông của
trái đất. Thành phần vật chất ở dưới sâu
chỉ được dự đoán thông qua các
phương pháp nghiên cứu gián tiếp.

Các nguyên tố phổ biến nhất trong lớp
vỏ trái đất là oxi, silic, nhôm, sắt, canxi,
natri, kali và magie. Tám nguyên tố này
chiếm tới 98.5% tổng trọng lượng của
lớp vỏ.
Nguyên tố hóa học
trong lớp vỏ trái
đất
Tỷ lệ phần trăm
khối lượng
O 46.6

Si 27.7
Al 8.1
Fe 5.0
Ca 3.6
Na 2.8
K 2.6
Mg 2.1
THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT

Khoáng vật là sự kết hợp tự nhiên của một hoặc
nhiều các nguyên tố hóa học ở trạng thái rắn.

Ví dụ:

Khoáng vật 1 nguyên tố: Than, Kim cương
(C)

Khoáng vật nhiều nguyên tố: Canxit (CaCO
3
)

Các tinh thể khoáng vật rất đa dạng về hình thái
kết tinh, phụ thuộc vào kích thước các nguyên tử
tham gia vào thành phần khoáng vật, nhiệt độ và
áp suất khi kết tinh.

Hầu hết các khoáng vật đều có sự tham gia của
silic (tạo thành các khoáng vật silicat). Chỉ vài
trăm trong số hàng ngàn khoáng vật đã biết là các
khoáng vật tạo đá quan trọng. Và chúng được tạo

thành từ 8 nguyên tố phổ biết nhất trong lớp vỏ
trái đất
a b
Tinh thể khoáng vật phát triển theo 3 chiều
a – kim cương; a - Pyrite
c
d
Tinh thể khoáng vật phát triển theo 1 chiều
c– Thạch anh; d- tourmaline
Tinh thể khoáng vật phát triển
theo 2 chiều: Mica
Phân loại khoáng vật

Các nguyên tố tự sinh (native elements): Khoảng 20 nguyên tố tồn tại ở trạng thái các
khoángvật tự sinh (không liên kết với các nguyên tố khác). Trong đó có khoảng 10 khoáng vật tự
sinh có thể tích tụ tạo thành các mỏ có giá trị công nghiệp như Au, Ag,…

Các khoáng vật nhóm oxit: Đây là nhóm lớn, trong đó nguyên tử oxi kết hợp với một hoặc
nhiều nguyên tố kim loại. Liên quan đến nhóm này là các loại quặng của Fe, Mn, Sn, Cr, U,…

Các khoáng vật nhóm sunfua: Nguyên tố lưu huỳnh kết hợp với một hoặc nhiều nguyên tố kim
loại. Nhóm này thường tạo thành một số mỏ khoáng rất có giá trị kink tế của một số kim loại màu
như Cu, Zn, Mo, Ag, Au, Co, Hg, Ni, …

Các khoáng vật nhóm sunfat: Là các khoáng vật có chứa nhóm gốc (SO
4
)
2-
(vd: thạck cao),
thường được thành tạo do sự bốc hơi của nước biển hoặc các hồ muối.


Các khoáng vật nhóm phốt phát: Có chứa nhóm gốc (PO
4
)
3-
(vd: apatit)

Các khoáng vật nhóm cacbonat: Nhóm gốc (CO
3
)
2-
là cơ sở cho hai loại khoáng vật tạo đá phổ
biến nhất thuộc nhóm này là calcite (CaCO
3
) và dolomite (CaMgCO
3
)

Các khoáng vật nhóm silicate: Nhóm gốc cơ bản của các khoáng vật silicat là (SiO
4
)
4
Đây là
nhóm khoáng vật phổ biến nhất và chiếm tới 90% trọng lượng vỏ trái đất. Và tồn tại dưới dạng
các khoáng vật dạng chuỗi, tấm,…
Các tính chất vật lý của khoáng vật

Độ cứng là khả năng của khoáng vật chống lại tác động của ngoại lực. Độ
cứng tương đối được phân loại theo thang độ cứng của Mohs. Các nhà địa
chất thường dùng mũi dao với độ cứng ~5 để thử độ cứng các khoáng vật.

Độ cứng tuyệt đối được xác định cụ thể qua các thiết bị đo áp suất và mức
độ xuyên cắt vào bề mặt khoáng vật.

Màu khoáng vật: Một khoáng vật có thể có nhiều màu khác nhau do hàm
lượng tạp chất lẫn trong đó. Màu quan sát trên bề mặt khoáng vật không
phải luôn luôn phản ánh đúng màu của khoáng vật so sự giao thoa và tán
sắc của ánh sáng trên bề mặt. Màu thật của khoáng vật (màu vết vạch –
màu bột) là màu quan sát được khi ta vạch khoáng vật đó lên bề mặt tấm
sứ. (vd. Pyrite nhìn có màu vàng rơm nhưng màu thật lại là màu đen)

Ánh: là đặc điểm ánh sáng phản xạ trên bề mặt khoáng vật. Theo cường
độ phản xa mà chia thành ánh kim, ánh thủy tinh, ánh nhựa và ánh đất.

Hình thái tinh thể: Mỗi khoáng vật có một hình thái tinh thể đặc trưng khi
kết tinh. Hình thái đó càng phát triển hoàn thiện khi tinh thể được kết tinh
chậm chạp, nhiệt độ hạ thấp từ từ. Theo mức độ kết tinh hoàn chỉnh có
thẻ chia thành các cấp: tự hình, bán tự hình và tha hình.
Khoáng
vật chuẩn
Độ cứng
Mohs
Talc 1
Thạch cao 2
Calcite 3
Fluorite 4
Apatite 5
Orthoclase
(Feldspar)
6
Thạch anh 7

Topaz 8
Corundum 9
Kim cương 10

Tính cát khai: là xu hướng của khoáng vật bị tách vỡ theo các bề mặt
nhất định mà ở đó có lực liên kết nguyên tử yếu. Thông thường mặt
cát khai trùng với mặt tinh thể khoáng vật. Góc tạo bởi giữa các bề
mặt tinh thể khoáng vật thường đặc trưng cho các nhóm khoáng vật
khác nhau, có thể được nhận biết bằng mắt thường hoặc dưới kính
hiển vi và là một trong những dấu hiệu đơn giản để nhận biết nhanh
khoáng vật.

Từ tính: một số khoáng vật có chứa sắt thường bị nhiễm từ trường của
trái đất trong quá trình kết tinh (vd. Magntite – Fe3O4). Trục từ của
các tinh thể khoáng vật này thường được sử dụng để nghiên cứu sự
đảo từ.

Tỷ trọng của khoáng vật: khối lượng/thể tích. Trọng lượng riêng của
khoáng vật: tỷ trọng của khoáng vật/tỷ trọng của nước. Do tỷ trọng
của nước bằng 1 nên trọng lượng riêng (không có đơn vị đo) = tỷ
trọng (có đơn vị đo).

Căn cứ váo tỷ trọng khoáng vật được chia thành hai nhóm: khoáng vật
nặng (>2.9 g/cm3) và khoáng vật nhẹ (<2.9 g/cm3).
Các tính chất vật lý của khoáng vật
ĐÁ

Đá là tập hợp tự nhiên của một hoặc nhiều
khoáng vật tạo thành.


Đá tạo thành từ một khoáng vật gọi là đá đơn
khoáng (đá vôi – calcite), đá tạo thành từ nhiều
khoáng vật gọi là đá đa khoáng (granite: thạch
anh, feldspar, mica,…)

Theo nguồn gốc thành tạo, đá được chia thành ba
nhóm:
1. đá magma,
2. đá trầm tích
3. đá biến chất
Chu trình tạo đá:

Đá magma khi xuất lộ trên bề mặt trái đất bị phong hóa dưới tác dụng của thời tiết, các khối đá cứng bị phá hủy,
hòa tan tạo thành dung dịch hoặc các mảnh vụn đá

Dung dịch và các mảnh vụn được nước, gió, băng hà vận chuyển, lắng đọng ở các địa hình thấp, chôn vùi, gắn
kết tạo thành đá trầm tích

Đá trầm tích tiếp tục bị chôn vui, biến chất tạo thành đá biến chất. Khi nhiệt độ, áp suất tăng cao sẽ nóng chảy
thành dung nham magma xuyên lên trên đông cứng tạo thành đá magma

Không chỉ có đá magma, các đá trầm tích và đá biến chất cũng xuất lộ, phong hóa và bóc mòn.

Đá magmaf và đá biến chất cũng bị biến chất khi có tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao
ĐÁ MAGMA

Đá magma: hình thành do sự đông cứng vật chất nóng chảy từ dưới sâu đưa lên. Đường đi của dung nham
nóng chảy thường là các hệ thống đứt gãy, khe nứt, các mặt tách lớp, vvv

Nếu vật chất nóng chảy đông cứng bên dưới bề mặt trái đất sẽ tạo thành đá magma xâm nhập, nếu dung nham

magma trào lên bề mặt trái đất sẽ tạo thành đá magma phun trào.
SỰ PHÂN DỊ VÀ PHÂN LOẠI ĐÁ MAGMA

Khi dung nham magma nguội lạnh, các phản ứng hóa học diễn ra tạo thành một loạt các khoáng vật khác nhau. Quá
trình đó gọi là phân dị magma. Sự phân dị magma diễn ra theo hai nhánh:

Nhánh gián đoạn: Các khoáng vật theo nhánh này được hình thành ở các khoảng nhiệt độ riêng biệt và không thành
tạo liên tiếp nhau khi nhiệt độ hạ thấp. Đặc trưng của khoáng vật nhánh gián đoạn là có làm lượng Fe, Mg cao, tạo
lên các khoáng vật tối màu (xanh đen – đen). Trình tự kết tinh: Olivine => pyroxene => amphibole => biotite

Nhánh liên tục: tạo lên các khoáng vật nhóm plagioclase feldspar, tỉ lệ Ca/Na giảm liên tục khi nhiệt độ hạ thấp tạo
lên các khoáng vật feldspar có màu sắc thay đổi từ màu hồng => tan => nâu => trắng
MÔ TẢ SƠ BỘ ĐÁ MAGMA CHÍNH
ĐÁ MAGMA PHUN TRÀO ĐÁ MAGMA XÂM NHẬP
Siêu mafic (siêu bazơ): là loại đá ít phổ biến, hoàn toàn
chỉ có các khoáng vật giàu Fe, Mg mà không có các
khoáng vật thạch anh, feldspar (<45% Silic). Đá được
hình thành từ dung nham dưới lớp mantle đi lên, chủ yếu
là các khoáng vật olivine, pyroxene tối màu.
Basalt: được kết tinh từ dùng nham giàu Fe, Mg với thành
phần Silic từ 25-50%; Đá có màu xanh đậm, xám, đen
Mafic (gabbro): Silic >50%, hoàm lượng Fe,Mg khá cao,
đá tối màu
Andesite: có màu xanh xám nhạt hơn, giàu hàm lượng
feldspar plagioclase hơn so với basalt.
Diorite: silic 50 – 65%, đá có cả các khoáng vật giàu Fe,
Mg và Si, màu sắc sáng dần khi chuyển dần về đá acid
Rhryolite: là loại đá magma acid giàu silic nhất (>65%)
và rất ít Fe, Mg làm cho đá có màu tan, hồng hoặc kem
Granite: đá có hàm lượng Silic =>65%, tinh thể khá tự

hình, màu sáng.
CẤU TẠO VÀ KIẾN TRÚC ĐÁ MAGMA

Kiến trúc: thể hiện trình độ kết tinh
cuả tinh thể khoáng vật tạo đá.

Các đá magma phun trào được đông
cứng khi nhiệt độ giảm nhanh thường
có kiến trúc kết tinh hạt nhỏ, hoặc thủy
tinh hoặc kiến trúc porphyr (gồm các
ban tinh hạt to nổi trên nền là thủy tinh
hoặc các tinh thể hạt nhỏ).

Các đá magma xâm nhập có thời gian
nguội lạnh từ từ và lâu dài nên có kiến
trúc hạt to, tự hình hơn.

Cấu tạo: phản ánh đặc điểm phân bố
không gian của các khoáng vật. Đá
xâm nhập thường có cấu tạo khối, cấu
tạo dyke mạch xuyên cắt vào các đá
vây quanh trong khi các đá phun trào
thường có cấu tạo dòn chảy, cấu tạo
phân lớp, xuyên phủ lên các đá bên
dưới.
Basalt cầu gối phun trào dưới đáy đại dươngt
Cột đá basalt hình lăng trụ
Hình thành khi kết tinh

Đá magma granite xuyên cắt
Vào đá vây quanh
ĐÁ TRẦM TÍCH

Các đá bị phong hóa, phá hủy dưới tác
dụng của khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, gió,
băng hà, ). Các vật liệu này sau đó được
vận chuyển xuống các vùng địa hình thấp
dưới tác dụng của trọng lực, nước trên
mặt, nước dưới đất, băng hà, gió, … lắng
đọng, chôn vùi và gắn kết tạo thành đá
trầm tích.

Đá trầm tích chỉ chiếm khoảng 5% trọng
lượng vỏ trái đất nhưng bao phủ đến 75%
diện tích bề mặt trái đất.

Rất nhiều đá trầm tích có giá trị kinh tế
cao như dầu khí, than, các mỏ trầm tích
của Au, Ti,…

Đặc trưng cơ bản của đá trầm tích là có
tính phân lớp.

Lớp đá: là đơn vị địa tầng có dạng tấm nhỏ
nhất mà ở đó lớp đá được đặc trưng bởi
thành phần, màu sắc, cấu tạo,… riêng biệt.

Về mặt hình thái, lớp đá phát triển mạnh về
chiều dài và chiều rộng, chiều dày kém phát

triển hơn.

Các lớp đá được ngăn cách với nhau bởi mặt
phân lớp. Mặt lớp đá thành tạo sớm nhất
được gọi là đáy lớp, mặt thành tạo muộn nhất
được gọi là nóc lớp.

Trong không gian, mặt lớp nằm dưới gọi là
mặt trụ, mặt lớp nằm trên gọi là mặt vách.
Trong điều kiện thường thì trụ ~đáy và vách
~ nóc nhưng khi thế nằm bị đảo lộn thì ngược
lại.

Trong các lớp đá trầm tích thường có chứa
các hóa thạch – đây là những dấu tích quan
trọng để xác định tuổi và điều kiện thành tạo
đá trầm tích

Trong nội bộ lớp đá thường có cấu tạo khối,
dải, tấm, xiên chéo hoặc chuyển cấp hạt. Trên
mặt lớp thường có các dấu vết hoạt động của
sinh vật, các khe nứt khi đá co rút thể tích,…
Nóc = Vách
Đáy = trụ
Đáy = vách
Đáy = trụ
Thế nằm thuận
Thế nằm đảo
Hạt chuyển cấp
Cấu tạo xiên chéo

Khe nứt trên mặt đá bùn
Hóa thạch
Phân loại đá trầm tích

Đá trầm tích được chia thành ba phụ loại
chính:
1. Đá trầm tích cơ học: được thành tạo từ
các mảnh vụn phá hủy từ đá bị phong
hóa, trải qua quá trình lắng đọng và gắn
kết lại với nhau. Mảnh vụn theo kích
thước được chia thành sét, bột, cát, sạn,
sỏi, cuội, tảng. Khi gắn kết tạo đá được
gọi theo tên tương ứng là sét kết, … tảng
kết
2. Đá trầm tích hóa học: hình thành do sự
lắng đọng, kết tủa trực tiếp từ các dung
dịch hòa tan. Vd: các loại muối, trầm tích
cacbonate, …
3. Trầm tích sinh học: Hình thành từ các
mảnh vụn tàn dư từ các cơ thể sinh vật
khi chết được chôn vùi nhanh chóng.
Đường kính
mảnh vụn
(mm)
Trầm tích Đá trầm tích
Tảng
Cuội
Cuội kết (nếu mảnh vụn tròn
cạnh)
Dăm kết nếu mảnh vụn sắc canh

256
Cuội
64
Sỏi
2
Cát Cát kết
1/16
Bột
Bùn
Bột kết
Đá bùn kết
1/256
Sét
Sét kết
Hoặc đá phiến
sét
ĐÁ BIẾN CHẤT

- Hình thành do sự biến đổi thành phần hóa học, thành phần khoáng
vật, kiến trúc, cấu tạo của các đá có từ trước dưới tác dụng của nhiệt
độ, áp suất cao và các dung dịch nhiệt dịch cùng các chất bốc trong
lòng đất

Đặc trưng cơ bản của đá biến chất: Cấu tạo phân dải, phân phiến, cà
nát, sừng hoặc khối, kiến trúc biến tinh, ẩn tinh, có hiện tượng tái kết
tinh,
PHÂN LOẠI ĐÁ BIẾN CHẤT:

Đá biến chất nhiệt động (khu vực): phân bố trên quy mô lớn, chịu tác
động của nhiệt độ và áp suất cao. Phổ biến cho nhóm này là các loại đá

phiến, đá gơnai.

Đá biến chất nhiệt: hình thành ở những nơi có nhiệt độ cao (500 -
1200
o
C), áp suất lớn (3000 bar): đá sừng, đá hoa, đóa quaczit.
Gơnai
Đá phiến
Biến
Chất
Nhiệt

Đá biến chất động lực: dưới tác động cuả áp suất cao, các đá bị dập vỡ và định hướng trong các đới dập vỡ
kiến tạo. Theo mức độ dập vỡ cà nát và kích thước mảnh vụn, đá biến chất động lực được chia thành: dăm kết
(hặt dăm >2 mm), kataclazit (mảnh vụn từ 1-2 mm), milonit (mảnh vụn <1-2 mm), blatomilonit (không nhận
biết được khoáng vật nguyên thủy) và filonit (hạt rất min đi kèm vi uốn nếp)

Đá biến chất trao đổi: hình thành khi có phản ứng hóa học trao đổi thay thế thành phần giữa đá magma có
thành phần axit, axit kiềm với các đá cacbonat. Điển hình cho nhóm đá này là các thành tạo scacnơ.
Scacnơ
Vành biến chất
tiếp xúc
Để mô tả mức độ và đặc điểm biến chất, người ta đưa ra khai khái niệm:

Trình độ (cường độ) biến chất: phản ánh cường độ biến chất dưới tác dụng của tác nhân quan trọng nhất là nhiệt
độ và áp suất (chia thành biến chất trình độ thấp, trung bình, cao, siêu biến chất,…)

Tướng biến chất: Tập hợp các đá biến chất nằm kề cận nhau và được thành tạo trong cùng một điều kiện hóa lý
(T,P).
Đá magma Đá trầm tích Đá biến chất

- Nguồn gốc nội sinh: kết tinh dung
nham magma nóng chảy ở nhiệt
độ cao.
- Có thể hình thành ở trên hoặc bên
dưới bề mặt trái đất
- Nguồn gốc ngoại sinh, hình trong
điều kiện nhiệt độ và áp suất
trên hoặc gần bề mặt trái đất.
- Hình thành ở phần trên cùng bề
mặt trái đất.
- Nguồn gốc nội sinh, liên quan đến
các chuyển động kiến tạo hoặc
các hoạt động magma.
- Có thể hình thành dưới sâu hoặc
gàn bề mặt trái đất.
Biểu đồ mô tả trình độ biến chất
Biểu đồ mô tả tướng biến chất