Giáo trình địa chất công trình của TS Tô Xuân Vu

1

TrƯêng ®¹i häc má ®Þa chÊt
ts. T« xu©n vu
















Gi¸o tr×nh
®Þa chÊt c«ng tr×nh

Hµ néi, 2015

2

Mở đầu
Địa chất công trình là một lĩnh vực khoa học đã và đang đợc phát triển mạnh mẽ
trên thế giới để đáp ứng yêu cầu xây dựng và phát triển kinh tế của loài ngời. Nhiệm
vụ của Địa chất công trình là nghiên cứu môi trờng địa chất, bao gồm: thành phần,
tính chất và các đặc trng cơ lý của đất đá; các quá trình và hiện tợng địa chất ảnh
hởng đến việc thi công, xây dựng và sử dụng công trình; nghiên cứu các giải pháp
thiết kế, thi công, xử lý nền móng công trình, nhằm đảm bảo cho công trình làm việc
ổn định và lâu dài. Ngày nay, khi cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật phát triển không
ngừng, con ngời ngày càng phải đối mặt với các thảm họa môi trờng do chính hoạt
động xây dựng công trình của mình gây ra, còn đặt ra cho Địa chất công trình nhiệm
vụ nghiên cứu, đánh giá môi trờng địa chất và tác động của công trình xây dựng làm

biến đổi môi trờng địa chất ảnh hởng đến cuộc sống của con ngời.
Quá trình phát triển của Địa chất công trình đã hình thành những nội dung nghiên
cứu chủ yếu là thạch luận công trình, địa chất động lực công trình, địa chất công trình
chuyên môn, địa chất công trình khu vực và địa chất công trình các mỏ khoáng sản.
Trong thực tế hiện nay, trớc sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật xây dựng, kỹ thuật xử
lý nền móng công trình, đòi hỏi Địa chất công trình phải có những bớc phát triển mới
với những nội dung và phơng pháp nghiên cứu mới theo hớng địa kỹ thuật để có khả
năng giải quyết tốt hơn các vấn đề liên quan đến việc sử dụng đất đá làm nền và môi
trờng xây dựng công trình.
ở Việt Nam, sự hình thành và phát triển của khoa học Địa chất công trình là tất
yếu và không thể thiếu trong sự nghiệp phát triển kinh tế, đặc biệt là trong thời kỳ tăng
trởng, phát triển kinh tế nh hiện nay, bởi mọi hoạt động xây dựng, quy hoạch và khai
thác lãnh thổ không thể tách rời môi trờng địa chất.
Khi xây dựng bất kỳ công trình nào, mục tiêu đặt ra trớc hết là phải đáp ứng các
yêu cầu về kỹ thuật, đồng thời thoả mãn yêu cầu về kinh tế, tức là phải đảm bảo cho
công trình ổn định, làm việc bình thờng và lâu dài với chi phí và thời gian ít nhất. Để
đạt đợc mục tiêu đó, không thể không nghiên cứu địa chất công trình trớc khi xây
dựng công trình. Công tác nghiên cứu địa chất công trình sẽ giúp cho chúng ta hiểu
biết sâu sắc về môi trờng địa chất để từ đó có cách ứng xử thích hợp, tận dụng và khai
thác tối đa những thuận lợi, khắc phục và giảm thiểu những bất lợi về điều kiện địa
chất trong hoạt động xây dựng.
Giáo trình Địa chất công trình dành cho sinh viên các chuyên ngành xây dựng
(Xây dựng công trình dân dụng, công nghiệp, Xây dựng công trình ngầm, Xây dựng
công trình mỏ, Xây dựng công trình ngầm thủy công, thủy điện, Xây dựng công trình
ngầm và mỏ, Xây dựng hạ tầng cơ sở) và một số chuyên ngành không chuyên khác nh
Thăm dò- khảo sát, Kỹ thuật khoan- khai thác, Khai thác mỏ, Tin học địa chất, đợc
biên soạn nhằm cung cấp những kiến thức tổng hợp, chung nhất về lĩnh vực địa chất
công trình, từ đó giúp cho sinh viên hiểu đợc mục đích, ý nghĩa cũng nh vai trò của
địa chất công trình, sự cần thiết và không thể thiếu của nghiên cứu địa chất công trình
trong hoạt xây dựng nói chung, sử dụng kiến thức chuyên môn địa chất công trình

trong hoạt động của ngành mình. Nắm vững nội dung môn học Địa chất công trình sẽ
giúp sinh viên học tốt hơn, hiểu sâu và toàn diện hơn các môn học liên quan, làm cơ sở
cho nghiên cứu những nội dung chuyên sâu thuộc lĩnh vực ngành mình.

3

Giáo trình Địa chất công trình đợc biên soạn theo nội dung đề cơng chi tiết của
môn học Địa chất công trình, đã đợc Bộ môn Địa chất công trình phê duyệt trong
chơng trình đào tạo tín chỉ của Trờng Đại học Mỏ- Địa chất. Với đề cơng chi tiết
môn học lần này, nội dung đã đợc bổ sung những kiến thức cần thiết về địa chất, địa
chất thủy văn, cập nhật những thông tin mới để phù hợp và đáp ứng yêu cầu học tập đối
với sinh viên các chuyên ngành xây dựng và một số chuyên ngành không chuyên khác.
Nội dung Giáo trình gồm các chơng sau:
Chơng 1: Đại cơng về địa chất;
Chơng 2: Nớc dới đất;
Chơng 3: Đất đá và tính chất địa chất công trình của chúng;
Chơng 4: Các quá trình và hiện tợng địa chất;
Chơng 5: Các phơng pháp nghiên cứu địa chất công trình;
Chơng 6: Khảo sát địa chất công trình để xây dựng công trình;
Trong toàn bộ nội dung Giáo trình đã đợc biên soạn, mặc dù Tác giả đã cố gắng
hết mức có thể để hoàn chỉnh, nhng chắc chắn cũng không thể tránh khỏi những hạn
chế, thiếu sót nhất định. Ngời biên soạn rất mong nhận đợc sự quan tâm và trân
trọng cảm ơn những ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp, các nhà khoa học, các
chuyên gia thuộc chuyên ngành Địa chất công trình, Xây dựng và các chuyên ngành
khác để có thể từng bớc hoàn thiện nội dung giáo trình, đáp ứng tốt hơn công tác
giảng dạy và học tập của sinh viên trong Trờng Đại học Mỏ- Địa chất.

4

Chơng 1
đại cơng về địa chất
1.1. Nguồn gốc Mặt trời và Trái đất
Từ xa xa, con ngời đã quan tâm giải thích nguồn gốc của Mặt trời và Trái đất.
Trong quá trình nhận thức, có hai trờng phái luôn luôn đấu tranh với nhau. Tôn giáo
và nhất là Thiên chúa giáo giải thích theo quan điểm duy tâm thần bí còn các nhà khoa
học thì giải thích theo quan điểm duy vật. Đến thế kỷ thứ 18, khi khoa học đã phát
triển, đặc biệt là lĩnh vực cơ học, các nhà khoa học đã xây dựng nhiều giả thuyết khác
nhau để giải thích nguồn gốc của Mặt trời và Trái đất.
- I. Kant (1755) cho rằng, trong vũ trụ có nhiều bụi và hơi tạo thành tinh vân. Do
lực hút hấp dẫn, chúng liên kết lại thành những khối nhỏ, các khối nhỏ tập trung thành

khối lớn. Khi các khối tơng tác với nhau, gây ra sự va chạm và tạo thành sự quay tròn.
Sự tập trung vật chất trong vũ trụ lớn dần hình thành Mặt trời nguyên thủy. Mặt trời tự
quay làm cho vật chất tập trung 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.
- P.S. Laplaxơ (1796) độc lập nêu ra giả thuyết về nguồn gốc của hệ Mặt trời. Ông
cho rằng hệ Mặt trời lúc đầu rất rộng lớn, vật chất trong đó tha, mỏng, những khối
tinh vân hình cầu nóng, chuyển động chậm chạp. Sau đó, chúng nguội dần và co lại
làm cho vật chất đặc sít, tốc độ quay tăng lên và do đó, lực ly tâm cũng tăng. Những
khối tinh vân hình cầu biến dần thành dạng đĩa dẹt. Khi lực ly tâm lớn hơn lực hút thì
tách ra một vòng và dần dần tách ra các vòng khác, tơng ứng với số hành tinh sau này
và quỹ đạo chuyển động của các hành tinh nóng cũng với phơng thức nh trên để tạo
ra các tiểu hành tinh.
Giả thuyết của I. Kant và P.S. Laplaxơ đợc xây dựng có tính chất và cách giải
thích gần giống nhau nên đợc gọi chung là thuyết Kant- Laplaxơ. Giả thuyết này đã
thống trị trong thế kỷ 19 nhng sau đó không đợc thừa nhận vì không giải quyết đợc
vấn đề mômen động lợng. Bằng toán học, năm 1859, Maikhox đã chứng minh các thể
khí bung ra từ vật chất không thể trở thành hành tinh đợc. Mặt khác, tốc độ quay của
Mặt trời hiện nay cũng không thể làm văng ra các khối vật chất hình thành các hành
tinh chuyển động vòng.
- Giả thuyết của O. Smith nêu ra năm 1946 cho rằng, Mặt trời đi qua đám tinh
vân. Tinh vân này vốn đã có mômen động lợng riêng (chuyển động quay riêng). 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, hút lẫn nhau và tập trung dần dần thành
phần các hành tinh. Những tập hợp vật chất gần Mặt trời bị đốt nóng bức xạ làm cho
nhiều thể khí nhẹ bay đi, còn những tập hợp vật chất ở xa thì nguội lạnh hơn, các khí
ngng kết lại. Vì thế đã tạo ra hai nhóm hành tinh. Khi các vật chất va chạm nhau, cơ
năng sẽ biến thành nhiệt năng. Nếu đa số cơ năng biến thành nhiệt năng cả thì hành
tinh chuyển động quay theo chiều nghịch và ngợc lại. Smith đã giải thích đợc hiện
tợng các hành tinh không tự quay theo cùng một chiều. Ông cũng đã dùng toán học

để chứng minh khoảng các giữa các hành tinh. Tuy nhiên, Smith cũng cha giải thích
đợc chênh lệch rất lớn về mômen động lợng giữa Mặt trời và các hành tinh nh hiện
nay, nguồn gốc, sự biến đổi của Mặt trời, ảnh hởng Mặt trời tới nguồn gốc Trái đất.

5

- Trong những năm 60 của thế kỷ 20, nhà thiên văn E. Hoyle (Anh) và Schatzman
(Pháp) đã tìm cách giải thích nguồn gốc của Mặt trời và Trái đất theo hớng điện từ
trờng tác dụng trong quá trình hình thành Mặt trời và hành tinh. Hai ông cho rằng,
ban đầu đám tinh vân trong vũ trụ tập hợp dần thành khối chuyển động quay với tốc độ
không cao, nhiệt độ trong đó cũng thấp. Dần dần, thể tích co rút và tốc độ quay vì thế
tăng nhanh, đến một mức độ nhất định thì thành hình dẹp, xích đạo phình to, một số
vật chất bị văng ra ngoài tạo thành dạng một đĩa tròn quay quanh Mặt trời. Trọng khối
của đĩa tròn rất nhỏ, chỉ bằng khoảng 1/100 của Mặt trời. Vật chất thuộc đĩa tròn 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 trờng trong không gian của hệ Mặt trời. Khi đĩa tròn vật chất
rời khỏi Mặt trời thì ở chỗ ranh giới của chúng phát sinh hiện tợng cơ học từ lu (chảy
từ cơ học) và Mặt trời chuyển mômen động lợng sang đĩa tròn. Nhờ mômen động
lợng tăng lên mà đĩa tròn mở rộng ra ngoài. Mặt trời thu nhỏ lại, nhng vì mất đi
mômen động lợng nên tốc độ quay chậm đi. Mặt trời bức xạ gió thổi bay xa các vật
chất nhẹ hình thành các hành tinh thuộc nhóm sao Mộc, các vật chất nặng ở lại hình
thành các hành tinh thuộc nhóm Trái đất.
1.2. Cấu tạo Trái đất
Dựa Theo kết quả nghiên cứu phối hợp các phơng pháp địa vật lý, đặc biệt là
phơng pháp địa chấn đo tốc độ truyền sóng dọc (V
p
) và tốc độ truyền sóng ngang (V
s
)
khi đi qua vật chất bên trong Trái đất cho thấy, Trái đất không đồng nhất về thành phần

vật chất theo chiều thẳng đứng. Có thể chia Trái đất thành 3 vòng cấu tạo lớn là vỏ Trái
đất, Manti và nhân Trái đất.
- Vỏ trái đất có tốc độ truyền sóng dọc V
p
thay đổi từ 6,5- 7,0km/s đến 7,4km/s,
nhng khi sang phần Manti thì V
p
tăng đột ngột, có thể đến 7,9- 8,0km/s, có nơi đến
8,2- 8,3km/s. Còn V
s
trong phần vỏ Trái đất là 3,7- 3,8km/s thì ở Manti đột ngột tăng
lên 4,5- 4,7km/s. Nh vậy, tồn tại mặt ranh giới phân chia vỏ Trái đất và Manti, thể
hiện ở sự thay đổi đột ngột tốc độ truyền sóng địa chấn. Mặt ranh giới này gọi là mặt
Môhô. Mặt Môhô không bằng phẳng mà có dạng lợn sóng. Chiều dày vỏ Trái đất
không đều, trung bình từ 11- 12km.
Trạng thái vật chất của vỏ Trái đất gồm có đá và đất ở thể rắn, chiếm khoảng
1,55% tổng thể tích và 0,8% tổng trọng lợng của cả Trái đất. Tỷ trọng trung bình là
2,6- 2,9g/cm
3
. Đây là đối tợng nghiên cứu chính của địa chất học.
- Manti phân bố từ mặt Môhô đến độ sâu 2900km. Tại đây, lại có bề mặt ranh giới
phân chia với nhân Trái đất, biểu hiện ở sự thay đổi đột ngột tốc độ truyền sóng địa
chấn: V
p
giảm xuống rất nhanh, còn V
s
thì biến mất.
Manti chiếm khoảng 82,3% thể tích, 67,8% trọng lợng Trái đất. Manti gồm hai
phần: Manti trên và Manti dới, với ranh giới nằm ở độ sâu 650km. Tỷ trọng bình quân
của Manti trên là 3,5g/cm

3
. So sánh các tính chất vật lý cũng nh thành phần với thiên
thạch đá, ngời ta ớc tính khoáng vật olivin chiếm khoảng 46%, pyroxen là 25%,
plagiocla 11%, còn hợp kim sắt- niken 12%, tơng tự nh đá siêu bazơ. Phần trên cùng
của Manti với vỏ Trái đất tạo thành thạch quyển. Phần Manti dới nằm ở độ sâu từ
350- 650km có tỷ trọng lớn và áp lực tăng cao, năng lợng luôn đợc giải phóng, tạo
thành nguồn nhiệt năng trong Trái đất.
- Nhân Trái đất phân bố từ độ sâu 2900km cho đến tâm Trái đất (6370km), chia

6

làm 3 lớp: nhân ngoài (từ độ sâu 2900 đến 4980km); phần chuyển tiếp (từ 4980 đến
5120km) và nhân trong (từ 5210 đến 6370km).
Nhân Trái đất chỉ chiếm 16,2% thể tích nhng chiếm 31,3% trọng khối. Tỷ trọng
nhân Trái đất là 9,98- 12,51g/cm
3
, tơng đơng với thiên thạch sắt. Căn cứ vào tốc độ
truyền sóng địa chấn, ngời ta chia nhân Trái đất ra làm 3 lớp: Lớp nhân ngoài nằm ở
độ sâu từ 2885- 4170km; lớp nhân giữa nằm ở độ sâu từ 4170- 5155km; lớp nhân trong
nằm ở độ sâu từ 5155km đến tâm trái đất.
Các tài liệu đo địa vật lý cho thấy, lớp nhân ngoài không có sóng ngang, chứng tỏ
vật chất ở trạng thái lỏng. Lớp nhân giữa có sóng ngang, cho thấy vật chất chuyển dần
sang thể rắn. Còn ở lớp nhân trong đo đợc cả sóng ngang và sóng dọc, chứng tỏ vật
chất của lớp nhân trong ở trạng thái rắn.
1.3. Thành phần vật chất vỏ Trái đất
1.3.1. Cấu tạo vỏ Trái đất
Vỏ Trái đất có chiều dày không đồng đều, thể hiện ở địa hình phức tạp từ lục địa
đến đại dơng. Căn cứ vào các tài liệu địa vật lý chia vỏ Trái đất ra 2 kiểu chính là vỏ
lục địa, vỏ đại dơng và 2 kiểu phụ là vỏ á lục địa và vỏ á đại dơng.
Kiểu vỏ lục địa có chiều dày không đều: vùng nền, từ 35- 40km; vùng tạo núi

trẻ, từ 55- 70km và vùng núi Hymalaya, núi Anpơ, từ 70- 75km. Cấu trúc kiểu vỏ lục
địa có 2 phần chính:
- Phần trên do các loại đá trầm tích tạo thành: tốc độ truyền sóng dọc trung bình
từ 3- 5km/s, chiều dày dao động từ 0- 5km ở đồng bằng lục địa và dày nhất từ 8- 10km
ở các vùng trũng lớn của lục địa.
- Phần dới là đá macma và đá biến chất, chia ra: lớp granitô- gơnai hoặc granit
biến chất phân bố ở các khiên biến chất có V
p
trung bình từ 5,5- 6km/s, chiều dày từ
10- 25km, vùng núi dày 20- 25km; lớp bazan có V
p
trung bình từ 6,6- 7,2km/s, chiều
dày trung bình 15- 20km ở vùng tạo núi.
Kiểu vỏ đại dơng có cấu trúc gồm 4 phần:
- Phần nớc che phủ đại dơng nằm ở trên cùng;
- Phần trầm tích mềm rời có V
p
khoảng 3km/s, dày từ vài trăm mét đến 1km;
- Phần dung nham bazan xen lớp đá silic và cacbonat có V
p
từ 4- 4,5km/s, dày từ
1- 1,5km, có nơi dày 3km;
- Phần đá bazơ (gabro), có nơi là đá siêu bazơ (pyrôxenit), có V
p
từ 6,3- 6,4km/s
(có khi đến 7 km/s).
Đặc trng của kiểu vỏ đại dơng là không có lớp granitôgnai, chiều dày chỉ từ 5-
10km, trung bình 6- 7km (ở đáy Thái Bình Dơng).
Kiểu vỏ á lục địa gặp ở những cung đảo bao quanh lục địa có cấu trúc gần giống
với kiểu vỏ lục địa nhng chiều dày nhỏ, chỉ khoảng 20 - 30km và có đặc điểm là các

lớp đá phân chia không rõ ràng.
Kiểu vỏ á đại dơng gặp ở những trũng nớc sâu bao quanh và ở trong biển, cấu
trúc gồm ba lớp: lớp nớc; lớp đá trầm tích dày từ 4- 10km, có nơi 15- 20km và lớp vỏ
đại dơng, dày từ 5- 10km.
Đặc trng của kiểu vỏ á đại dơng cũng là không có lớp granitognai, chiều dày từ
10- 20km , có khi đến 25km .

7

1.3.2. Các nguyên tố hóa học trong vỏ Trái đất
Trong vỏ Trái đất, các nguyên tố tồn tại dới dạng phân tán, phân bố không đều,
luôn luôn kết hợp và biến đổi trong các khoáng vật, đá khác nhau.
Để biết số lợng mỗi nguyên tố hóa học có trong Trái đất, ngời ta đã tiến hành
lấy mẫu từ trên mặt đất đến độ sâu 16- 20km và đem phân tích. Năm 1899, lần đầu tiên
nhà khoa học ngời Mỹ W. Clark (Clac) đã công bố kết quả nghiên cứu sau nhiều năm
phân tích, thống kê với rất nhiều mẫu để tìm ra tỷ lệ phần trăm trọng lợng bình quân
các nguyên tố hóa học. Số liệu công bố đã gây nên sự chú ý mạnh mẽ của các nhà khoa
học. Ngời ta gọi số phần trăm trọng lợng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong vỏ Trái
đất là trị số Clac. Trị số Clac xem nh là giá trị trung bình các nguyên tố hóa học phân
bố trong vỏ Trái đất. Do tác dụng của các quá trình địa chất nên các nguyên tố hóa học
phân bố không đều. Nơi nào tập trung vợt xa trị số Clac thì có khả năng tạo thành mỏ
khoáng sản. Cho đến nay, đã có nhiều tác giả công bố trị số Clac của các nguyên tố
hóa học chủ yếu trong vỏ Trái đất theo kết quả nghiên cứu của mỗi ngời (bảng 1).
Bảng 1: Trị số Clac các nguyên tố chủ yếu trong vỏ Trái đất
Các nguyên
tố chính
Theo Clark và
Washingtơn
1924
Fesman

1933, 1939

Gôlsmith
1937
Vinôgrađôv
1962
Rônôv và
Iarôsevxki
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. Khoáng vật tạo đá trong vỏ Trái đất
Khoáng vật đợc hình thành từ những nguyên tố hóa học hoặc hợp chất hóa học
trong tự nhiên do các quá trình vật lý, hóa học xảy ra trong vỏ Trái đất. Đại đa số
khoáng vật ở thể rắn, chỉ có một số ít ở thể lỏng nh thủy ngân, dầu mỏ, nớc, và
một số ở thể khí nh cacbonic, mêtan, hyđrô, . Về hình thái và cấu trúc, khoáng vật
có các dạng: vô định hình, keo và kết tinh.
- Khoáng vật vô định hình là khoáng vật ở thể thủy tinh, các phân tử vật chất cha
kịp sắp xếp theo một trật tự có tính quy luật tuần hoàn trong không gian, thờng có
dạng cầu, dạng đậu, dạng thận, dạng chuông, .
- Khoáng vật dạng keo là khoáng vật ở trạng thái keo hoặc từ chất keo kết tinh lại.
Chất keo gồm những hạt keo, có kích thớc rất nhỏ, từ 10
-5
- 10
-6

mm, đợc hình thành
do các phản ứng hóa học hay sinh vật làm hòa tan các chất trong môi trờng đất đá.
- Khoáng vật kết tinh là khoáng vật hình thành do sự kết tinh các nguyên tố hóa
học thành những tinh thể (vật thể do các ion, nguyên tử, phân tử phân bố một cách có
quy luật tuần hoàn trong không gian) và gắn kết lại với nhau. Nét đặc trng của tinh
thể là cấu trúc mạng, do các hạt vật chất sắp xếp có quy luật trong không gian theo các

8

nút mạng để tạo thành ô mạng trong tinh thể. Mỗi tinh thể có một kiểu ô mạng riêng,
phát triển theo 1 phơng, 2 phơng hay 3 phơng:
Phát triển theo 1 phơng: Tinh thể có dạng hình trụ, hình kim nh thạch anh,
antimoan, hoenblen.
Phát triển theo 2 phơng: Tinh thể có dạng phiến, tấm nh thạch anh, mica.
Phát triển đều 3 phơng: Tinh thể có dạng hạt, hình cầu nh pyrit.
Nguồn gốc của khoáng vật có thể là nội sinh hay ngoại sinh:
- Khoáng vật nội sinh hình thành liên quan với các quá trình xảy ra ở trong vỏ
Trái đất và ở phần trên Manti nh macma và biến chất;
- Khoáng vật ngoại sinh hình thành có liên quan với các quá trình địa chất ở phần
trên vỏ Trái đất nh phong hóa, trầm tích.
Các tính chất vật lý của khoáng vật do cấu trúc tinh thể quyết định, bao gồm:
- Tính chất quang học: Độ trong suốt, ánh xạ, màu sắc, màu vết vạch, ;
- Tính chất cơ học: Cắt khai, mặt vỡ, độ cứng, ;
- Tính chất vật lý: Tỷ trọng, từ tính, điện áp, .
Bảng 2: Lợng khoáng vật (% thể tích) phân bố ở vỏ Trái đất (Ronov, 1969)
Khoáng vật

Lợng
phân bố

Khoáng vật
Lợng
phân bố

Khoáng vật
Lợng
phân bố

Plagiocla 39 Hocblen 5 Mannhetit, Inmenit

1,5
Octocla 12 Mica 5 Canxit 1,5
Thạch anh 12 Khoáng vật sét

4,6 Dolomit 0,9
Pyroxen 11 Olivin 3 Các khoáng vật khác

4,5
1.3.4. Các loại đá theo nguồn gốc thành tạo
Đá là sản phẩm của tác dụng địa chất, gồm tập hợp của một hoặc nhiều loại
khoáng vật hay các mảnh vụn đá liên kết lại với nhau tạo thành. Căn cứ điều kiện sinh
thành, chia ra các loại đá:
1. Đá macma
Đá macma do macma phun lên từ trong Trái đất phân dị và kết tinh trong quá
trình đông nguội tạo thành. Macma là vật chất dung nham chảy lỏng gồm các silicat
hình thành ở dới sâu trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Trong macma, ngoài
thành phần SiO
2
còn một số nguyên tố khác thuộc nhóm halogen và chất khí dễ bay hơi
nh CO

2
, S, . Căn cứ môi trờng thành tạo chia ra:
- Macma xâm nhập gồm macma xâm nhập sâu do macma đông nguội dới sâu
trong vỏ Trái đất tạo thành và macma xâm nhập nông do macma đông nguội gần mặt
đất (từ 1- 3km) tạo nên.
- Macma phun trào do dung dịch macma phun lên hoặc trào ra trên mặt đất đông
nguội tạo thành.
2. Đá trầm tích
Đá trầm tích đợc hình thành do các vật liệu đất đá vụn rời tích tụ và gắn kết lại ở
trong các bồn trũng. Nguồn vật liệu vụn rời đợc tạo ra là do các tác dụng địa chất
ngoại sinh đối với đất đá vỏ Trái đất hay do các vật liệu tro bụi, hạt đất đá phun ra từ
núi lửa hay do từ vũ trụ rơi xuống.

9

Theo nguồn gốc vật liệu, đá trầm tích đợc chia ra các loại: đá vụn cơ học; đá vụn
núi lửa; đá sét; đá hóa học và đá sinh hóa.
3. Đá biến chất
Đá biến chất đợc hình thành từ các đá có trớc (macma, trầm tích hoặc biến
chất), bị biến đổi về thành phần, kiến trúc, cấu tạo khi ở trong điều kiện tác dụng mới
của nhiệt độ, áp suất hoặc dung dịch hóa học. Dựa vào nhân tố gây biến chất chủ yếu,
đá biến chất đợc chia ra các loại: biến chất tiếp xúc; biến chất trao đổi; biến chất động
lực và biến chất khu vực (biến chất nhiệt động).
- Biến chất tiếp xúc trao đổi: Biến chất xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa khối
macma nóng chảy với đá vây quanh. Tác dụng của nhiệt độ, khí, thành phần dung
nham, làm biến đổi cơ bản thành phần và tính chất của đá. Nếu sự biến đổi đó chỉ do
nhiệt độ cao của macma thì gọi là biến chất tiếp xúc nhiệt, nhng thờng là quá trình
biến chất tiếp xúc trao đổi.
- Biến chất động lực: Biến chất do tác dụng của áp suất cao sinh ra trong quá trình
kiến tạo làm cho đất đá bị mất nớc, giảm độ rỗng và liên kết chặt hơn.

- Biến chất khu vực: Là loại biến chất xảy ra ở dới sâu (trên 6- 8km), dới tác
dụng đồng thời của nhiệt độ và áp suất cao.
Trong các loại đá trên, đá macma chiếm chủ yếu trong vỏ Trái đất, khoảng 89%
trọng lợng, đá trầm tích chiếm 5%, còn đá biến chất là 6%. Tuy nhiên, nếu tính theo
diện phân bố trên mặt đất thì đá trầm tích chiếm khoảng 75% diện tích lục địa, còn đá
biến chất và đá macma chiếm 25%.
1.4. Các quá trình hình thành đá và biến đổi đá
1.4.1. Quá trình phân dị, đồng hóa hình thành đá macma
Quá trình đông nguội của macma diễn ra khá phức tạp, không những tạo ra các đá
khác nhau mà còn đồng hóa các đá vây quanh để tạo thành các đá mới.
1- Tác dụng phân dị dung ly: Tác dụng phân dị dung ly xuất hiện khi macma đang
còn ở trạng thái lỏng nên còn gọi là phân dị lỏng. Trong khi đông nguội, do áp suất và
nhiệt độ hạ thấp dần, từ dung dịch macma phân ly các thành phần không hòa tan.
Những thành phần nặng lắng đọng xuống dới còn thành phần nhẹ phân bố ở trên.
Thực tế cho thấy, macma silicat có Ca, Mg, khi ở nhiệt độ trên 1500
0
C nó có thể hòa
tan từ 6% đến 7% các muối sufua. Khi nhiệt độ hạ thấp xuống dới 1500
0
C thì muối
sunfua tách ra khỏi macma và lắng xuống đáy.
2- Tác dụng phân dị kết tinh: Khi nhiệt độ hạ thấp, các thành phần khoáng vật sẽ
lần lợt kết tinh. Mỗi khoáng vật có dung điểm kết tinh riêng. Tác dụng phân dị là sự
kết tinh theo trình tự các khoáng vật tách ra khỏi macma khi nhiệt độ hạ thấp dần.
Trớc tiên là phân dị kết tinh các khoáng vật silicat chứa nhiều sắt và magiê. Các
khoáng vật sẫm màu kết tinh theo thứ tự từ ôlivine, pyrôxen, amfibol đến biôtit. Các
khoáng vật nhạt màu kết tinh lần lợt từ anôctit, anđezit, anbit, octôcla đến thạch anh.
Nhìn chung, tác dụng phân dị dung ly và phân dị kết tinh đều chịu ảnh hởng của
trọng lực nên các khoáng vật có tỷ trọng lớn nh nhóm ôlivin lắng đọng ở đáy, còn các
khoáng vật nhẹ nh fenpat, thạch anh nổi ở trên, từ đó hình thành các loại đá macma.

Trong quá trình phân dị, sau khi các khoáng vật silicat kết tinh, một số thành phần
chất bốc đợc tăng lên tơng đối. Khi nhiệt độ tiếp tục hạ thấp, chúng hình thành
macma tàn d phân bố ở tầng trên của macma hoặc ở một phần nhất định.

10

3- Tác dụng phân dị khí thành: Trong macma tàn d có rất nhiều chất bốc với đặc
trng là điểm nóng chảy thấp, thành phần bốc hơi nhiều, hoạt tính hóa học mạnh, do đó
dễ cùng với các kim loại trong macma, nhất là các nguyên tố kim loại hiếm hóa hợp
thành khoáng vật. Khi nhiệt độ và áp suất của macma hạ xuống, các khoáng vật này
tách ra khỏi macma và đọng lại trong các khe nứt, các hốc của đá vây quanh. Quá trình
này xảy ra sau phân dị macma nên đợc gọi là phân dị khí thành. Nó dễ tạo ra nhiều
khoáng sàng kim loại có giá trị.
4- Tác dụng đồng hóa hỗn nhiễm: Đá vây quanh macma có sự khác nhau nhiều về
thành phần hóa học và tính chất vật lý. Vì thế, khi macma xâm nhập vào đá vây quanh
thì xảy ra sự trao đổi hóa lý giữa chúng. Nhiệt độ, áp suất cũng nh tính chất hóa học
của các thành phần macma sẽ làm cho phần tiếp xúc của đá vây quanh hòa tan, biến
đổi, bổ sung vào thành phần macma. Đó chính là tác dụng đồng hóa hỗn nhiễm. Mức
độ đồng hóa hỗn nhiễm càng mạnh khi nhiệt độ macma càng cao, quy mô của thể
macma càng lớn, sự khác biệt về thành phần vật chất macma và đá vây quanh cũng nh
độ nứt nẻ của đá vây quanh càng nhiều.
1.4.2. Quá trình hình thành đá trầm tích
Quá trình hình thành đá trầm tích có thể đợc chia ra thành 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1- hình thành vật liệu trầm tích: Phá hủy đá tạo nên các mảnh vụn đất
đá, dung dịch, gọi là giai đoạn tạo vật liệu trầm tích.
- Giai đoạn 2- vận chuyển và lắng đọng vật liệu trầm tích: Dới tác động của
dòng nớc và gió, vật liệu mảnh vụn đợc vận chuyển, tuyển lựa và tích đọng tạo thành
lớp trầm tích mềm rời hoặc kết tủa.
- Giai đoạn 3- thành đá: Dới tác dụng của áp lực, trọng lực và các dung dịch kết
tủa trong nớc, vật liệu trầm tích đợc nén chặt và gắn kết lại thành đá.

1. Quá trình vận chuyển và lắng đọng vật liệu trầm tích
Khi đá lộ ra trên mặt đất và bị phá hủy, một phần hòa tan trong nớc tạo thành
dung dịch, còn phần lớn tồn tại dới dạng những hạt vụn rời có kích thớc khác nhau.
Các hạt vật liệu vụn rời bị nớc hoặc gió mang đi rồi tích tụ lại thành các lớp đất có
nguồn gốc trầm tích. Quá trình vận chuyển và tích tụ vật liệu vụn rời phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là động năng của dòng chảy, của gió, kích thớc, hình
dạng và khối lợng thể tích các hạt đất đá. Kết quả của hoạt động vận chuyển, tích tụ
vật liệu đất đá vụn rời có thể tạo nên những loại đất có thành phần, kích thớc hạt khác
nhau, hạt đều hay không đều, sắc cạnh hay tròn cạnh, và do đó, tính chất cơ lý của
chúng cũng rất khác nhau.
Để hiểu rõ quá trình trầm tích vật liệu đất đá, chúng ta xem xét cụ thể điều kiện
vận chuyển và tích tụ các hạt đất đá, bằng cách phân tích các lực tác dụng vào hạt đất
đá trong môi trờng nớc vận động.
Giả sử trong dòng chảy có một hạt hình cầu đờng kính d (hình 1), dòng chảy có
tốc độ v, lực thuỷ động P tác dụng lên hạt xác định theo công thức:
P =
2
2
0
4
.
2
d
g
v
a


(1)
Lực ma sát giữa hạt và đáy sông đợc xác định:

T = f( -
0
)
3
6
. d

(2)

11

Trong đó:
T- lực ma sát giữa hạt và đáy sông;
a- hệ số phụ thuộc vào hình dạng hạt;
f- hệ số ma sát;
- khối lợng thể tích của hạt;

0
- khối lợng riêng của nớc;
g- gia tốc trọng trờng.

ở trạng thái cân bằng giới hạn có P = T, tốc độ dòng chảy tơng ứng với v
gh
,
3
0
2
2
0
.

6
1
)(
4
.
2
dfd
g
v
a
gh



=
v
gh
=
)1(
3
4
0



f
a
g
(3)
Khi dòng chảy có vận tốc lớn hơn v

gh
, hạt bị cuốn trôi. Nếu hạt va chạm vào hạt
khác, nó có thể bị đẩy nổi lên và dới tác dụng của trọng lợng bản thân Q, hạt lại có
xu hớng chìm xuống. Nếu gọi tốc độ nổi lên của hạt là u thì lực đẩy nổi thuỷ động tác
dụng vào hạt là P
T
đợc xác định theo biểu thức:


P
T
=
2
2
0
4
.
2
d
g
u
a


(4)
Muốn cho hạt không chìm thì lực đẩy nổi thuỷ động phải cân bằng với trọng
lợng bản thân hạt, tức là P
T
= Q. Khi đó tốc độ lắng chìm tơng ứng với u
gh

.
d
a
g
udd
g
u
a
gh
gh
0
0
3
0
2
2
0
.
3
4
6
1
)(
4
.
2

==
(5)
Nếu nh tốc độ nổi lên của hạt lớn hơn u
gh
thì hạt sẽ nổi và bị mang đi theo dòng
chảy, nếu bằng hoặc nhỏ hơn thì hạt chìm ở đáy sông. u
gh
chính là giá trị giới hạn giữa
hình thức vận chuyển nổi và lăn, phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy.
Nếu gọi tốc độ giới hạn giữa hình thức vận chuyển nổi và lăn là
'
gh
v
thì:
ghvgh
umv .
'
=



=
'
gh
v
d
a
g

m
v
0
0
.
3
4




(6)
Trong đó: m
v
- hệ số tỷ lệ, có giá trị từ 1,2- 2,0.
Biểu thức này cho phép xác định đặc điểm vận chuyển của hạt.
Nếu v >
'
gh
v
hạt nổi và bị mang theo dòng chảy;

gh
v
< v <
'
gh
v
hạt chìm và bị cuốn lăn ở đáy;
v <

gh
v
hạt chìm và lắng đọng tại chỗ.
Nh vậy, quá trình vận chuyển và tích tụ vật liệu đất đá có quy luật rất rõ ràng:
Hạt chỉ có thể lắng đọng trong môi trờng nớc khi tốc độ dòng chảy nhỏ hơn tốc độ
giới hạn tơng ứng với trọng lợng của nó. Quy luật này tạo ra đặc tính phân dị của các
lớp trầm tích và đợc gọi là quy luật phân dị trọng lực. Trên mặt cắt địa chất, theo
chiều từ dới lên, các lớp đất đá trầm tích thờng có cỡ hạt nhỏ dần, do bị chi phối bởi
tốc độ dòng chảy trong quá trình thành tạo.
Quy luật phân dị trọng lực không những chi phối thành phần hạt trầm tích mà còn
ảnh hởng rất lớn đến mức độ tròn cạnh của hạt. Trờng hợp vật liệu vụn rời di chuyển
ít trong môi trờng nớc thì hạt có mức độ tròn cạnh kém hoặc sắc cạnh, nhng nếu di
P

v

Q

P
T

T

Hình 1: Sơ đồ các lực tác dụng vào hạt đất đá trong dòng chảy

12

chuyển nhiều, đặc biệt là di chuyển theo hình thức cuốn lăn ở đáy thì hạt có mức độ
tròn cạnh tốt do bị mài mòn trong quá trình vận chuyển.
2. Quá trình rắn kết hình thành đá trầm tích

Quá trình biến các vật liệu trầm tích vụn rời thành đá cứng rắn dẫn đến kết quả là
lợng nớc và độ lỗ hổng trong đá bị giảm mạnh, tỷ trọng tăng lên, các hạt rời rạc đợc
gắn kết lại với nhau hay tái kết tinh. Quá trình rắn kết thành đá trầm tích xảy ra do tác
dụng nén cứng, gắn kết và tái kết tinh.
1- Tác dụng nén chặt: Dới tác dụng áp lực địa tầng (trọng lực) của tầng trầm tích
nằm trên làm cho vật liệu trầm tích bị nén chặt lại. Thí dụ: vật liệu sét khi trầm tích
(đất sét) thờng có độ lỗ rỗng trên 80%, độ ẩm từ 80- 90%, nhng sau khi bị nén chặt
(thành đá phiến sét), độ lỗ rỗng chỉ còn 20%, giữa các hạt xuất hiện lực hút phân tử
liên kết chúng với nhau. Mặt khác, khi chiều dày vật liệu trầm tích tăng thì áp lực tĩnh
và nhiệt độ cũng tăng theo, làm cho các phân tử nớc trong chất keo và các khoáng vật
chứa nớc bị đẩy ra khỏi cấu trúc tinh thể, tạo thành khoáng vật mới.







Tuy nhiên, trong điều kiện tự nhiên, nếu chỉ có áp lực nén thì vật liệu trầm tích
cũng không để tạo thành đá mà còn cần những điều kiện khác.
2- Tác dụng gắn kết: Các hợp chất của Ca, Si, Fe, Al, các hạt sét, bụi nằm xen
trong lỗ hổng của vật liệu trầm tích, khi bị nén chặt thì có tác dụng là xi măng gắn kết
các hạt lại. Các xi măng gắn kết có thể hình thành cùng với vật liệu trầm tích (xi măng
đồng sinh) hoặc do nớc dới đất mang tới hay do bản thân vật liệu trầm tích khi bị ép
nén thì một phần trong chúng bị hòa tan và tạo ra (xi măng thứ sinh).
3- Tác dụng tái kết tinh: Đây là tác dụng làm kết tinh lại một phần từ dung dịch
để thành tinh thể mới hoặc từ các tinh thể hạt nhỏ trở thành các tinh thể hạt lớn trong
quá trình thành đá trầm tích. Kết quả của tác dụng tái kết tinh là làm cho dung dịch,
chất keo, xi măng hóa thành tinh thể, các hạt nhỏ trở thành hạt lớn, hạt rời rạc trở thành
chặt xít, cứng rắn.

Nh vậy, tác dụng của quá trình tái kết tinh làm cho vật liệu trầm tích trở thành đá
trầm tích, các sinh vật bảo tồn ở dạng hóa đá, tính chất xếp lớp trong lúc lắng đọng
trầm tích đợc giữ lại thành các cấu tạo lớp.
1.4.3. Quá trình gây biến chất đá
Quá trình biến chất đá xảy ra rất phức tạp, với sự tham gia của nhiều nhân tố.
Nhìn chung, có 3 phơng thức tác dụng trong quá trình biến chất:
1- Tác dụng tái kết tinh: Tác dụng gây nóng chảy, di chuyển và kết tinh lại, tạo ra
tinh thể hoặc hạt lớn hơn trong trạng thái rắn. Quá trình này không hình thành khoáng
vật mới mà chỉ làm thay đổi kiến trúc của đá: hạt nhỏ biến thành hạt to; hạt đều hơn;
hạt có góc cạnh trở thành tròn cạnh. Thí dụ: đá vôi có thành phần hóa học là canxit,
(áp suất 50 kG/cm
2
, 42
0
C)
CaSO
4
.2H
2
O

CaSO
4
(thạch cao) (anhyđrit)
SiO
4
.nH
2
O

SiO
2
(ôpan) (canxêđoan)
Fe
2
O
3
.nH
2
O

Fe
2
O
3
(limônit) (hêmatit)


13

kiến trúc ẩn tinh, trải qua quá trình biến chất tái kết tinh thì trở thành đá có cấu tạo hạt
to hơn nhng thành phần chủ yếu vẫn là canxit.
2- Tác dụng tái kết hợp: Trong điều kiện áp lực, nhiệt độ cao, có thể gây ra các
phản ứng hóa học, một số loại khoáng vật trong đá kết hợp với nhau tạo ra khoáng vật
mới trong tổng thể thành phần hóa học không đổi, không có thành phần mới đa vào
hoặc thành phần cũ mất đi. Tuy nhiên, trong nhiều trờng hợp, tác dụng tái kết hợp ở
các phản ứng hóa học có sự tham gia của nớc và cacbonic.
Có 3 dạng tái kết hợp chủ yếu:
- Dạng chuyển đổi đồng chất nhiều pha: Khoáng vật bị biến chất trong điều kiện
pha rắn dới sự khống chế của áp lực và nhiệt độ nhất định (không có H

2
O và CO
2

tham gia). Thí dụ: Anđaluzit, đisten, silimanit đều cùng có thành phần hóa học là
Al
2
SiO
5
nhng chúng đợc thành tạo ở các điều kiện hóa lý khác nhau.
- Dạng phản ứng thoát nớc và thủy hóa: Khi nhiệt độ tăng cao, nớc trong
khoáng vật thoát đi và tạo ra khoáng vật mới. Thí dụ: khi nhiệt độ tăng cao, caolinit
mất nớc trở thành bayđelit:
Al
4
[Si
4
O
10
][OH]
8
+ 4SiO
2
2Al
2
[Si
4
O
10
][OH]

2
+2H
2
O
Mặt khác, đối với các khoáng vật nghèo nớc, khi gặp nớc thì kết hợp với nớc
và biến thành khoáng vật mới nh bazan thủy hóa thành clozit.
- Dạng phản ứng giải phóng cacbon: Các đá trầm tích có thành phần canxi, khi
nhiệt độ tăng cao thờng có phản ứng giải phóng cacbon, cacbonic tạo ra khoáng vật
mới. Thí dụ: trong đá vôi có SiO
2
, khi nhiệt độ nâng cao, cacbon mất đi để tạo ra các
khoáng vật volastonit.
CaCO
3
+ SiO
2
CaSiO
2
+ CO
2

Nh vậy, trong quá trình biến chất, mỗi khoáng vật có một phạm vi cân bằng ổn
định về áp lực và nhiệt độ, khi điều kiện áp lực, nhiệt độ biến đổi thì khoáng vật biến
đổi theo và trong đá hình thành tổ hợp khoáng vật mới.
3- Tác dụng trao đổi biến chất: Quá trình biến chất mà trong đó có sự trao đổi vật
chất giữa thể lỏng và thể rắn tạo thành khoáng vật mới, làm cho tổng lợng thành phần
hóa học trong đá biến đổi.
Trong điều kiện biến chất mãnh liệt hoặc biến chất do hoạt động macma thì ngoài
H
2

O, CO
2
ra, các nguyên tố K, Na, Ca, Mg, Fe, Si, Al, cũng trở nên linh hoạt hơn.
Chúng tạo nên các dòng chảy có hoạt tính hóa học mạnh. Dòng chảy tác động với
khoáng vật đá nguyên gốc, hình thành sự trao đổi, thay thế vật chất để tạo ra các
khoáng vật mới. Thí dụ: dung dịch bão hòa Na
+
khi tiếp xúc với octocla, Na
+
thay thế
K
+
để tạo ra khoáng vật mới là anbit. Ion K
+
giải thoát ra lại đợc dung dịch mang đi
nơi khác. Ngợc lại, nếu dung dịch bão hòa K
+
thì K
+
có thể thay thế Na
+
trong anbit
để tạo thành octôclaz.
1.4.4. Quá trình phong hóa biến đổi đất đá
Quá trình phong hoá là tổng hợp các quá trình vật lý, hoá học và sinh vật làm biến
đổi thành phần, kiến trúc, cấu tạo, trạng thái của đá. Thực chất của quá trình phong hoá
là phá vỡ mối liên kết kết tinh (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, ) có độ bền cao
trong các tinh thể, khoáng vật tạo đá, hình thành các khoáng vật thứ sinh dạng phân tán
với mối liên kết keo nớc (liên kết phân tử, iôn tĩnh điện) mềm yếu. Quá trình phong
hoá đá làm biến đổi đá cứng, đá nửa cứng thành các loại đất có tính chất cơ lý khác hẳn

14

nh độ bền giảm, độ biến dạng, độ thấm nớc tăng, Có thể nói, quá trình phong hóa
đá và quá trình hình thành đá trầm tích là hai quá trình biến đổi thuận nghịch.
1. Tác dụng hoá lý xẩy ra trong quá trình phong hoá
a. Tác dụng vật lý làm phá vỡ khối đá
- Tác dụng của nhiệt độ: Tác dụng của nhiệt độ trong quá trình phong hoá vật lý
chủ yếu thể hiện ở tác động do sự dao động của nhiệt độ theo ngày đêm và theo mùa
(mùa nóng và mùa lạnh). Do đặc tính dẫn nhiệt và mức độ dãn nở của các khoáng vật
tạo đá khác nhau, sự biến đổi của nhiệt độ làm thể tích của khoáng vật và khối đá thay
đổi theo. Sự thay đổi này xảy ra khác nhau giữa phần trong và phần ngoài của khối đá,
giữa các khoáng vật tạo đá khác nhau, từ đó phát sinh các lực phá vỡ khối đá.
- Tác dụng cơ học của sinh vật: Sự phát triển của rễ cây hay kết tinh của nớc,
muối trong các khe hổng khối đá dẫn tới thay đổi thể tích của chúng và tạo ra lực cơ
học mở rộng khe nứt, phá vỡ khối đá.
b. Tác dụng hoá học phân huỷ đất đá

- Phản ứng hoà tan: Nớc có tác dụng hoà tan các đá, đặc biệt là đá có chứa các
muối dễ hoà tan nh muối thuộc nhóm halozen (muối ăn), sunfat (thạch cao), cacbonat
(đá vôi). Sự hoà tan xẩy ra chủ yếu do tác dụng của ion hyđrô và cacbonic có trong
nớc làm phá vỡ mạng tinh thể của các muối.
- Phản ứng ôxy hoá: Phản ứng ôxy hoá xảy ra do tác dụng của ôxy trong nớc và
không khí đối với các khoáng vật tạo đá. Quá trình ôxy hoá biến đổi các hợp chất ôxyt
thấp của kim loại thành hợp chất ôxyt cao, kết quả làm biến đổi khoáng vật tạo đá. Tác
dụng ôxy hoá xảy ra mạnh trong các khoáng vật quặng, đặc biệt là các loại quặng kim
loại sắt nh pirit, hêmatit, limonit,
- Phản ứng thuỷ hoá (hợp nớc): Phản ứng này là phản ứng kết hợp của các phân
tử nớc tham gia vào mạng tinh thể khoáng vật, tạo nên mạng hyđrat hoá và làm biến
đổi đá nh biến đổi anhyđrit thành thạch cao.

- Phản ứng thuỷ phân: Đây là phản ứng hoá học gây phá huỷ chủ yếu các khoáng
vật tạo đá mà phổ biến là các khoáng vật gốc silicat, do các cặp ocxon (H
+
- OH
-
) tham
gia vào các mạng tinh thể khoáng vật tạo đá và đẩy các ion kim loại kiềm, kiềm thổ
(K
+
, Na
+
, Ca
2+
, Mg
2+
, Si
4+
, Al
3+
, ) ra khỏi chúng, tạo nên các khoáng vật thứ sinh. Sự
tác dụng này có thể làm biến đổi mạng tinh thể từ kiến trúc khung sang dạng lớp và
dần dần phân rã thành từng phần riêng biệt.
- Phản ứng cacbonat hoá: Phản ứng cacbonat hoá là phản ứng giữa cacbonic hoà
tan trong nớc với khoáng vật tạo đá, tạo thành các muối cacbonat. Cacbonic còn tác
dụng với cacbonat khó hoà tan tạo thành muối bicacbonat dễ hoà tan trong môi trờng
nớc dới dạng phân ly.
Nhìn chung, các tác dụng hoá lý xảy ra trong quá trình phong hóa có thể mạnh
hay yếu còn phụ thuộc vào thành phần, kiến trúc, cấu tạo, tính chất của đá và điều kiện
môi trờng tự nhiên xung quanh.
2. Các giai đoạn của quá trình phong hoá đá

Quá trình phong hoá xẩy ra rất phức tạp. Sự phát triển của quá trình phong hoá, từ
khi bắt đầu cho đến khi hình thành sản phẩm phong hóa cuối cùng bền vững, ổn định
thể hiện tính giai đoạn rõ rệt. Kết quả nghiên cứu của V.V. Pôlnôv cho thấy, có thể
chia quá trình phong hoá thành 4 giai đoạn.

15

1- Giai đoạn vỡ vụn: Đây là giai đoạn đầu của quá trình phong hoá.
ở
giai đoạn
này, phong hoá vật lý chiếm u thế. Tác dụng phong hoá xảy ra ở giai đoạn này chủ
yếu là phá huỷ cơ học có tác dụng làm vỡ vụn đá nhng không làm biến đổi thành phần
khoáng vật và hoá học của đá.
2- Giai đoạn sialít kiềm (sialít vôi hoá): Giai đoạn này bắt đầu xẩy ra phong hoá
hoá học, các muối đơn giản và muối dễ hoà tan của các kim loại kiềm, kiềm thổ bị hoà
tan và mang đi khỏi mạng tinh thể của đá phong hoá, bắt đầu thuỷ hoá và thuỷ phân
các khoáng vật, một phần các kim loại kiềm, kiềm thổ bị rửa trôi và mang đi, các
khoáng vật thứ sinh hình thành nh hyđrômica, hyđrôclorit, bayđelit, mônmôrilônit, ,
tích luỹ cacbonat canxi khó hoà tan và vôi hoá các khoáng vật (Ca + C0
2
CaC0
3
).
3- Giai đoạn sialit axit: Sự phá huỷ hoá học xẩy ra trong giai đoạn này mạnh mẽ
nhất, không những khoáng vật dễ hoà tan mà cả khoáng vật tơng đối ổn định cũng bị
phá huỷ. Đặc trng của giai đoạn này là rửa trôi lâu dài kiềm và Si0
2
ra khỏi các silicat
đang bị phá huỷ, môi trờng dần dần chuyển từ kiềm sang axit, các silicát phân huỷ
càng mãnh liệt, bắt đầu việc di chuyển các hợp chất khó hoà tan nh Al

2
0
3
, Fe
2
0
3
,
Mn0
2
, , các khoáng vật sét thứ sinh hình thành trong giai đoạn trớc bị mất kiềm
(Mg
2+
, K
+
, Na
+
, ) hình thành các khoáng vật sét mới nh kaolinit, haluazit,
4- Giai đoạn alit: Đây là giai đoạn phong hoá hoá học cao nhất, các khoáng vật
ổn định cao nh thạch anh cũng bị phá huỷ, các khoáng vật đơn giản, các hợp chất bền
vững trong môi trờng phong hoá nh các ôxyt sắt, ôxyt nhôm, mangan đợc hình
thành và tích đọng lại ngày càng nhiều. Sự tích đọng này, có thể dẫn tới hình thành đới
laterit (đới tàn tích giàu ôxyt sắt, nhôm) hay tầng đá ong (ở những điều kiện thích hợp).
Sự hình thành các giai đoạn của quá trình phong hoá trên phụ thuộc rất quan trọng
vào điều kiện khí hậu, đặc điểm địa hình và điều kiện địa chất thủy văn. Có nơi, quá
trình phong hoá xẩy ra đầy đủ theo cả 4 giai đoạn trên, nhng cũng có nơi chỉ phát
triển 1- 2 giai đoạn hay 3 giai đoạn.
3. Sự biến đổi của đất đá trong quá trình phong hoá
Nh đã biết, quá trình phong hoá làm biến đổi đá cả về thành phần, kiến trúc, cấu
tạo, trạng thái, tính chất cơ lý, Mức độ biến đổi tuỳ thuộc vào mức độ phong hoá,

phong hoá càng mạnh thì biến đổi càng lớn.
Về mầu sắc: Các đá sau khi bị phong hoá có mầu khác hẳn với đá còn tơi, chúng
thờng có màu loang lổ và sẫm hơn.
Về cấu trúc: Quá trình phong hoá làm phá huỷ hoàn toàn cấu trúc của đá, từ mối
liên kết hóa học bền vững chuyển sang liên kết keo nớc (liên kết yếu, không ổn định),
thậm chí không còn mối liên kết giữa các hạt.
Về thành phần khoáng vật: Các khoáng vật nguyên sinh ban đầu hầu nh bị biến
đổi hoàn toàn thành các khoáng vật thứ sinh. Chúng bền vững và ổn định hơn trong
môi trờng phong hoá.
Về trạng thái: Các đá bị phong hoá có độ nứt nẻ, lỗ hổng lớn hơn, do đó thờng
a nớc hơn. Trạng thái của đá biến đổi nhiều hay ít phụ thuộc vào mức độ phong hoá,
đá bị phong hoá càng mạnh, trạng thái của đá biến đổi càng nhiều.
Nhìn chung, những biến đổi trên trong quá trình phong hoá dẫn đến tính chất cơ
lý của đá không thuận lợi cho xây dựng công trình: độ chặt giảm dần; độ ẩm, độ rỗng
tăng lên; độ bền, độ ổn định giảm mạnh; mức độ nén lún tăng cao.

16

1.5. Kiến trúc, cấu tạo và thế nằm của đất đá
1.5.1. Kiến trúc của đất đá
Đất đá đợc hình thành từ những nguyên tố, hợp chất hóa học tồn tại dới dạng
các hạt khoáng vật liên kết với nhau. Kiến trúc của đất đá là khái niệm chỉ đặc điểm
hình dạng, kích thớc hạt, hàm lợng tơng đối giữa các hạt, nhóm hạt cũng nh mối
liên kết giữa chúng với nhau trong khối đất đá.
Kích thớc và hình dạng hạt đợc quyết định bởi điều kiện thành tạo đá. Đối với
đá macma, đá biến chất và đá trầm tích hóa học, kích thớc và hình dạng hạt do điều
kiện kết tinh quyết định. Điều kiện kết tinh chậm thì các khoáng vật sẽ lớn, các hạt kết
tinh trớc sẽ có hình dạng tinh thể rõ ràng, đợc gọi là tự hình, các hạt kết tinh sau
thờng đóng vai trò lấp nhét lỗ hổng của hạt kết tinh trớc, do đó tinh thể có dạng méo
mó, đợc gọi là tha hình. Đối với đá biến chất, do tái kết tinh không phát sinh nóng

chảy nên các hạt khoáng vật có năng lực kết tinh lớn sẽ tự hình, còn các hạt có năng
lực kết tinh nhỏ sẽ méo mó, tha hình.
Cờng độ, độ ổn định của đá thay đổi theo kích thớc hạt, mức độ đồng nhất và
mức độ tha hình của các hạt trong khối đá. Đá kết tinh hạt nhỏ thờng có cờng độ lớn
và độ ổn định phong hóa cao hơn đá có cùng thành phần nhng kết tinh hạt lớn. Đá có
kiến trúc tha hình thì bền vững hơn đá kiến trúc tự hình, đặc biệt là khoáng vật tha hình
là thạch anh thì mức độ ổn định tăng lên rõ rệt.
Đối với đá trầm tích vụn kết thì hình dạng và kích thớc hạt là do thành phần,
kích thớc hạt đá gốc và phơng thức vận chuyển của dòng chảy quyết định. Đá trầm
tích có nguồn vật liệu từ phong hóa hóa học thì hạt nhỏ và mịn. Đá đợc trầm tích do
dòng chảy mang tới thì tròn cạnh, trầm tích do gió thì hạt đồng đều nhng góc cạnh
hơn. Đá có nguồn gốc trầm tích biển thì hạt đều, nhỏ, dạng đẳng thớc hay dẹt, trầm
tích sông thì mức độ đều hạt thấp hơn (hạt không đều), .
Đối với đất dính và đất rời, kích thớc và hình dạng hạt có vai trò quyết định đối
với tính chất cơ lý của chúng. Đất có kiến trúc hạt càng thô, càng góc cạnh thì độ bền,
độ ổn định càng cao. Cuội và dăm là hai loại hạt có kích thớc nh nhau nhng dăm
góc cạnh hơn và thờng đồng nhất hơn, do đó có cờng độ chống cắt lớn hơn. Trong
khi cát có độ nén lún nhỏ, độ rỗng bé, độ thấm nớc lớn thì sét có tính dẻo, độ rỗng, độ
nén lún lớn và hầu nh không thấm nớc. Khi các hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt
riêng (tỷ diện tích- tổng diện tích bề mặt các hạt trong một đơn vị thể tích đất đá) càng
lớn, năng lợng bề mặt càng tăng và hoạt tính bề mặt càng rõ rệt. Có thể lấy thí dụ về
diện tích bề mặt riêng của một số loại khoáng vật sét (bảng 3). Mônmôrilônit có diện
tích bề mặt riêng rất lớn so với khoáng vật kaolinit nên tính a nớc lớn hơn nhiều.
Bảng 3: Diện tích bề mặt riêng của một số khoáng vật sét
Khoáng vật
Tỷ lệ các
kích thớc
Kích thớc
Tỷ diện tích
(m2/g)

Dài - rộng Dày
Mônmôrilônit 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 đất dính và đất rời, kiến trúc còn đợc đặc trng bởi tỷ lệ phần trăm giữa
các nhóm hạt có kích thớc khác nhau. Sự có mặt của mỗi nhóm hạt cả về chất lợng

17

và số lợng đều có vai trò đặc biệt quan trọng. Vì vậy, thành phần hạt của đất dính và
đất rời là một yếu tố không thể thiếu khi nghiên cứu chúng.
Ngoài hình dạng, kích thớc và hàm lợng tơng đối của các hạt, liên kết giữa các
hạt là yếu tố không thể thiếu phản ánh kiến trúc của đất đá. Liên kết kiến trúc đợc
hình thành nhờ các quá trình hóa lý phức tạp với nhiều hình thức khác nhau nh kết
tinh, hóa già, ngng keo, kết tủa, hấp phụ, trong suốt thời gian thành tạo của đất đá.
Các đá macma, biến chất và trầm tích hóa học có mối liên kết kết tinh, các đá trầm tích
vụn cơ học có mối liên kết xi măng, còn trầm tích mềm rời có mối liên kết keo nớc.
Liên kết kết tinh, về bản chất gần với mối liên kết kiến trúc bên trong của các tinh
thể, khoáng vật. Nó xuất hiện do lực liên kết của các phân tử, nguyên tử và iôn ở bề
mặt của các hạt khoáng vật với nhau. Vì vậy, liên kết kết tinh là loại liên kết bền vững
nhất. Trong một số đá nh quăczit, đá vôi, , mối liên kết này có cờng độ không thua
kém cờng độ của các hạt khoáng vật, vì vậy dới tác dụng của lực ngoài, mặt nứt vỡ
của đá thờng cắt qua cả các hạt.
Liên kết xi măng hình thành do sự ngng keo trong các lỗ rỗng và khe nứt các hạt,
thờng là keo silic và sắt. Nhìn chung, liên kết xi măng có cờng độ liên kết không cao
nh liên kết kết tinh. Cờng độ liên kết và độ ổn định của liên kết xi măng phụ thuộc
vào thành phần xi măng gắn kết và mức độ thành đá.
Liên kết keo nớc là liên kết xuất hiện nhờ lực hút phân tử (Vandecvan) và lực
đẩy tĩnh điện giữa các hạt keo sét trong đất loại sét. Nhìn chung, so với các loại liên kết
khác, cờng độ liên kết keo nớc rất nhỏ, không ổn định và có tính thuận nghịch, phụ

thuộc vào kích thớc hạt và mức độ hiđrat hóa trên bề mặt hạt. Tuy nhiên, trong đất
dính, đặc biệt là đất sét, liên kết keo nớc hình thức liên kết chủ yếu nên đóng vai trò
đặc biệt quan trọng, quyết định độ bền kháng cắt của đất.
1.5.2. Cấu tạo của đất đá
Cấu tạo của đất đá cho biết quy luật phân bố của các khoáng vật, các hạt theo các
hớng khác nhau trong không gian và mức độ sắp xếp chặt sít của chúng. Sự hình
thành cấu tạo không đẳng hớng, không đồng nhất của đất đá do sự sắp xếp và phân bố
các hạt, đợc quyết định bởi môi trờng thành tạo nh trờng trọng lực, trờng áp lực,
trờng nhiệt, trờng thủy lực, . Trong các điều kiện khác nh nhau, sự định hớng
càng rõ rệt khi cờng độ của các trờng tác dụng biểu hiện càng rõ. Trên thực tế, sự
hình thành cấu tạo của đá, trong nhiều trờng hợp, là tổng hợp tác dụng của nhiều
trờng, trong đó, trờng trọng lực là trờng tác dụng thờng xuyên.
Sự thành tạo lớp của đá trầm tích là do tác động của trờng trọng lực kết hợp với
trờng thủy lực. Dòng nớc có tác dụng vận chuyển các hạt còn lực hút trái đất có vai
trò tuyển lựa các hạt theo trọng lợng. Vì vậy, đá trầm tích thờng có cấu tạo phân lớp
nằm ngang hay xiên chéo.
Tác dụng của trờng trọng lực (áp lực địa tầng) và trờng nhiệt có thể làm cho đá
biến chất khu vực có cấu tạo phiến rất điển hình. Các tinh thể khoáng vật hình tấm nh
mica, clorit, hình thành do nhiệt độ cao, dới tác dụng của áp lực định hớng sẽ sắp
xếp song song với nhau và tạo nên cấu tạo phiến của đá.
Đối với đất rời và đất dính, đặc điểm cấu tạo phụ thuộc chủ yếu vào trờng trọng
lực và trờng thủy lực. Những trờng này có thể làm cho đất có cấu tạo phân lớp dày
hay mỏng, xiên chéo hay nằm ngang, đều hay không đều, .

18

Trong điều kiện áp lực lớn, phần lớn các loại đá đều đá có cấu tạo chặt sít, giữa
các hạt không còn hay còn rất ít lỗ hổng. Ngợc lại, trong điều kiện áp lực nhỏ, đá
trầm tích, đá macma và ngay cả đá biến chất thờng có cấu tạo không chặt sít, mức độ
lỗ hổng lớn, có thể tạo nên cấu tạo dạng lỗ hổng nh cấu tạo bọt của đá phun trào, cấu

tạo xốp hay bông của đất loại sét.
1.5.3. Thế nằm của đất đá
Thế nằm của đất đá cho chúng ta biết khái niệm về hình dạng, kích thớc và t thế
của lớp đất đá trong không gian cũng nh mối quan hệ không gian giữa chúng với
nhau. Thế nằm có ảnh hởng rất lớn đến sự ổn định của khối đá.
Trong không gian, các lớp đất đá đợc hình thành và phân bố có thể là nằm ngang
hoặc nằm nghiêng. Để xác định sự phân bố của các lớp đất đá, ngời ta quy định vị trí
nằm (thế nằm) của các lớp đá với các yếu tố: đờng phơng, hớng dốc và góc dốc.
Các yếu tố này đợc xác định bằng địa bàn địa chất (hình 2).







Hình 2: Các yếu tố thế nằm của đá
- Đờng phơng là đờng biểu thị phơng kéo dài của lớp đá trong không gian.
Đó là giao tuyến giữa mặt lớp đất đá và mặt phẳng nằm ngang. Đờng phơng làm
thành một góc với phơng bắc địa lý một góc (theo thuận chiều kim đồng hồ) gọi là
góc phơng vị đờng phơng.
- Hớng dốc là yếu tố biểu thị hớng nghiêng của lớp đá. Đó là đờng thẳng
vuông góc với đờng phơng theo mặt lớp là đờng hớng dốc. Góc phơng vị hớng
dốc đợc xác định tơng tự nh góc phơng vị đờng phơng theo hình chiếu của
đờng hớng dốc trên mặt phẳng nằm ngang.
- Góc dốc () của lớp đá là góc hợp thành bởi đờng hớng dốc và hình chiếu của
nó trên mặt phẳng nằm ngang.
Trên thực tế, lớp đá có thế nằm rất khác nhau cả về đờng phơng, hớng dốc và
góc dốc. Theo góc dốc, có thể chia ra các dạng thế nằm cơ bản của đất đá: thế nằm
ngang ( = 1- 2

0
); thế nằm nghiêng ( = 2- 90
0
) và thế nằm thẳng đứng ( = 90
0
).
Trong vùng có hoạt động kiến tạo yếu, đá thờng có thế nằm ngang hoặc hơi nghiêng.
Còn trong vùng có hoạt động kiến tạo mạnh, thế nằm của đá thờng nghiêng và bị uốn
nếp, tạo nên những nếp lồi, nếp lõm phức tạp.
1.6. Chuyển động kiến tạo và biến dạng vỏ Trái đất
1.6.1. Khái niệm về chuyển động kiến tạo
Các hoạt động địa chất nội sinh gồm có chuyển động kiến tạo, hoạt động macma,
động đất và tác dụng biến chất. Trong các hoạt động đó, chuyển động kiến tạo là
nguyên nhân chính gây ra các hoạt động khác.
M

B
N

B
O

P

B


B

19

Chuyển động kiến tạo hoặc chuyển động của vỏ Trái đất là chuyển động cơ học
của vật chất Trái đất do các nguyên nhân bên trong Trái đất gây ra. Kết quả của chuyển
động kiến tạo có thể dẫn tới sự biến đổi của thạch quyển, làm thay đổi biển và lục địa,
thay đổi thế nằm cấu tạo lớp đá, phá hủy đá, động đất, núi lửa. Các chuyển động kiến
tạo đợc chia thành 2 loại: thẳng đứng và nằm ngang.
- Chuyển động thẳng đứng là chuyển động nâng lên, hạ xuống từ từ các phần khác
nhau của vỏ Trái đất, xảy ra trên diện tích rộng lớn. Trong không gian, biên độ, tốc độ
của chuyển động thẳng đứng không đều, thờng có dạng lợn sóng, làm thay đổi cao
độ địa hình, thế nằm, uốn cong các lớp đất đá một cách chậm chạp.
- Chuyển động nằm ngang là chuyển động theo phơng tiếp tuyến với vỏ Trái đất,
làm cho vỏ Trái đất bị nén ép và gây ra dịch chuyển theo phơng ngang. Chuyển động
ngang là nguồn gốc làm cho các mảng Trái đất va chạm, dịch chuyển chờm lên nhau,
gây biến dạng uốn nếp và phá hủy các đá ở quy mô lớn, khi năng lợng đợc giải
phóng, động đất sẽ hình thành.
Xét về thời gian xảy ra chuyển động kiến tạo, chia ra:
- Chuyển động cổ kiến tạo (xuất hiện trong lịch sử, trớc Kainôzôi);
- Chuyển động tân kiến tạo (xuất hiện từ kỷ Neôgen đến kỷ Đệ tứ);
- Chuyển động kiến tạo hiện đại (xuất hiện trong lịch sử phát triển của loài ngời).
Chuyển động kiến tạo này có thể ghi chép đợc.
1.6.2. Những biểu hiện của chuyển động kiến tạo
1. Biểu hiện của chuyển động kiến tạo ở lịch sử phát triển địa chất
Trong thực tế, các chuyển động kiến tạo có thể đợc biểu hiện ở các mặt cắt địa
chất, cột địa tầng. Để xác định, ngời ta sử dụng nhiều phơng pháp khác nhau nh
phơng pháp phân tích cổ địa lý, tớng đá, phơng pháp phân tích bề dày, phơng pháp
phân tích bề mặt tiếp xúc địa tầng.
Bằng phơng pháp phân tích cổ địa lý, tớng đá, ngời ta nhận thấy, thành phần
các trầm tích đợc thành tạo tùy thuộc vào điều kiện vật liệu đa đến, đặc biệt là điều
kiện cổ địa lý và khí hậu trong lịch sử phát triển địa chất. Mỗi loại tớng đá phản ánh
một hoàn cảnh cổ địa lý. Dựa vào cột địa tầng, tớng đá có thể xác định bồn trũng trầm

tích biến đổi theo thời gian, thể hiện chuyển động của Trái đất, hiểu đợc đặc điểm
nâng lên, hạ xuống của vỏ Trái đất.
Chuyển động thăng trầm nhịp nhàng có tính chu kỳ, phản ánh ở sự thay đổi theo
nhịp ở các đá trầm tích. Mỗi nhịp có thể thay đổi từ vài mét đến hàng trăm mét, nhng
cũng có thể rất nhỏ, chỉ từ một vài milimét. Sự chuyển động theo nhịp còn biểu hiện ở
sự lặp lại về thành phần, độ hạt, bề dày và một số tính chất vật lý của đá trầm tích hoặc
sự có mặt của sinh vật, trong đá. Cũng cần phải nói rằng, với những biểu hiện trên,
ngoài nguyên nhân do chuyển động nâng lên hạ xuống của vỏ Trái đất còn có thể do sự
biến đổi có tính chu kỳ của khí hậu, của nguồn cung cấp vật liệu, của biến đổi mực
nớc biển, nhng chuyển động nâng lên, hạ xuống có tính chu kỳ nhịp nhàng của vỏ
Trái đất vẫn giữ vai trò quan trọng.
2. Biểu hiện của chuyển động kiến tạo ở sự biến vị của đá
Chuyển động kiến tạo không những biểu hiện ở lịch sử phát triển địa chất mà còn
ở sự biến vị và biến dạng của các đá. Bởi kết quả của chuyển động kiến tạo có thể làm

20

thay đổi tính đồng nhất về thành phần, đặc trng vật lý, cấu trúc của đá, thay đổi trạng
thái, sự cân bằng địa chất đã hình thành trớc đó trong đá. Những biểu hiện thay đổi đó
tùy thuộc vào tính chất của các chuyển động.
- Chuyển động thăng trầm không đồng đều có thể làm cho lớp đá bị uốn cong
dạng sóng hoặc bị nghiêng lệch, thậm chí làm cho đá bị phá hủy.
- Chuyển động nằm ngang gây dồn nén, làm cho các lớp đá bị biến dạng uốn nếp,
bị phá hủy biến vị.
- Chuyển động nằm ngang căng dãn, làm cho các đá bị tách rời, đứt vỡ.
- Chuyển động xoắn xoay quanh trục hoặc điểm có thể làm cho đá bị uốn cong,
đứt vỡ, tạo ra những đờng nứt, khe nứt.
Các chuyển động kiến tạo xảy ra trên quy mô lớn có thể thấy đợc qua sự tách rời
của các mảng, của các bộ phận châu lục có tính đồng nhất với nhau. Do đó, theo đờng
biên của những mảng, bộ phận châu lục, tuy ở rời nhau nhng đất đá lại có đặc trng

giống nhau về thành phần, kiến trúc, cấu tạo, hóa đá, và có thể ghép nối chúng với
nhau trong một địa tầng.
Nh vậy, chuyển động kiến tạo làm thay đổi tình trạng phân bố, cấu tạo ban đầu
của các lớp đá vỏ Trái đất. Sự thay đổi có thể ở mức độ làm biến đổi hình dạng nhng
vẫn giữ đợc tính liên tục của thể địa chất hoặc cũng có thể gây nên đứt vỡ, làm mất
tính liên tục và tạo ra các cấu tạo đứt vỡ.
1.6.3. Biến dạng uốn nếp
Khi chịu tác động của chuyển động kiến tạo, trong các lớp đá xuất hiện nội lực,
trờng ứng suất mới (ứng suất tách, ứng suất nén và ứng suất cắt) phát sinh. Nếu các
ứng suất đó vợt quá giới hạn bền của đá thì làm cho chúng bị biến dạng, phá hủy. Quá
trình biến dạng của các lớp đá vỏ Trái đất trải qua 3 giai đoạn:
- Giai đoạn biến dạng đàn hồi: Đá bị biến dạng ở mức độ nhỏ, khi ứng suất trở lại
trạng thái cân bằng, biến dạng phục hồi trở về trạng thái ban đầu.
- Giai đoạn biến dạng dẻo: Sau khi xảy ra biến dạng, tuy vẫn giữ đợc sự liên kết
nhng hình dạng các lớp đá đã bị thay đổi. Chúng bị uốn cong, nghiêng lệch và hình
thành các nếp uốn, nếp oằn, các cấu tạo lồi lõm. Sự phát triển ở giai đoạn biến dạng
dẻo thờng xảy ra rất ngắn.
- Giai đoạn biến dạng phá hủy: Khi sự phá hoại tăng lên, biến dạng vợt qua biến
dạng dẻo, các lớp đá đã bị bị xê dịch, mất hẳn sự liên tục trong cấu tạo.
Biến dạng uốn nếp là biến dạng uốn cong tạo nên các nếp uốn. Nếp uốn có nhiều
hình thái nhng có thể chia ra hai loại cơ bản: nếp lồi và nếp lõm. Nếp lồi là nếp uốn
mà các lớp đá ở phần trung tâm có tuổi già hơn các lớp đá phần ngoài rìa. Nếp lõm là
nếp uốn có đặc điểm ngợc lại với nếp lồi, các lớp đá ở phần trung tâm có tuổi trẻ hơn
các lớp đá ở phần ngoài rìa.
Trong tự nhiên, không phải ở đâu nếp lồi cũng phân bố theo dạng địa hình núi nhô
cao, mà trái lại, hay gặp ở dạng địa hình núi cao lại là nếp lõm, còn nếp lồi thờng nằm
ở phía dới của thung lũng.
1.6.4. Biến dạng phá hủy, đứt vỡ
Khi ứng suất tác dụng trong khối đá rất lớn, vợt xa giới hạn bền của các lớp đá
thì biến dạng xảy ra mạnh mẽ, vợt qua các biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và có thể

21

đạt mức biến dạng phá hủy, đứt vỡ. Có 2 mức độ biểu hiện biến dạng:
- Biến dạng phá hủy: Biến dạng này chỉ gây nứt nẻ trong đá, cha làm xê dịch
đáng kể vị trí của các lớp đá. Kết quả của biến dạng đứt vỡ nhỏ là làm phát sinh hệ
thống các khe nứt trong đá.
- Biến dạng đứt vỡ: Biến dạng gây ra sự dịch chuyển rõ ràng vị trí các lớp đá, quy
mô có thể từ nhỏ cho đến rất lớn (hàng kilômét). Kết quả của biến dạng đứt vỡ lớn là
hình thành các đứt gãy ở các cấp độ khác nhau.
1. Khe nứt
Khe nứt là sản phẩm của biến dạng phá hủy, cha có sự dịch chuyển đáng kể
trong các lớp đá. Có thể phân biệt 2 loại khe nứt theo nguồn gốc thành tạo là khe nứt
kiến tạo và khe nứt phi kiến tạo.
- Khe nứt kiến tạo là loại khi nứt có liên quan với các hoạt động kiến tạo (nội lực).
Loại khe nứt này có thể phân bố ở vị trí khác nhau của các hình thái cấu tạo địa chất,
tùy thuộc vào sự phân bố và tác dụng của các lực kiến tạo khu vực.
- Khe nứt phi kiến tạo đợc hình thành do các tác động ngoại lực, nh khe nứt
thoát tải, khe nứt phong hóa, khe nứt của đá macma đợc hình thành trong quá trình
xâm nhập lên vỏ trái đất (do nguội lạnh, thể tích co rút), .
Nhìn chung, khe nứt trong đá rất đa dạng, quy mô của khe nứt thay đổi trong
phạm vi rất lớn, từ một vài centimét đến hàng chục mét. Chúng có thể xuất hiện thành
chùm, thành mạng hay theo hệ thống. Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, sử dụng,
có nhiều cách phân loại khe nứt khác nhau.
- Theo độ hở, ngời ta phân biệt: khe nứt hở; khe nứt kín; khe nứt ẩn.
- Theo vị trí tơng đối phân bố trong không gian so với cấu tạo lớn, chia ra: khe
nứt dọc; khe nứt ngang; khe nứt cắt chéo; khe nứt theo đờng phơng; khe nứt theo
hớng dốc; khe nứt theo lớp.
- Theo thế nằm có: khe nứt nằm ngang; khe nứt thoải (góc dốc từ 10 - 30
0

), khe
nứt dốc (góc dốc từ 30 - 80
0
); khe nứt thẳng đứng (góc dốc từ 80 - 90
0
).
- Theo nguồn gốc, chia ra: khe nứt kiến tạo; khe nứt phi kiến tạo; khe nứt nguyên
sinh; khe nứt thứ sinh.
- Theo trờng ứng suất: khe nứt tách (căng); khe nứt cắt; khe nứt ép.
2. Đứt gãy
Đứt gãy là hiện tợng đứt vỡ có dịch chuyển, làm mất sự liên kết của các khối, lớp
đá. Quy mô của đứt gãy có thể từ rất nhỏ (dịch chuyển trong khoảng vài centimét đến
vài mét) cho đến rất lớn (đờng đứt gãy có thể kéo dài hàng trăm, hàng nghìn kilômét,
dịch chuyển có thể đến hàng chục kilômét). Quá trình xuất hiện đứt gãy có thể là một
lần nhng cũng có thể xuất hiện lại nhiều lần và với nhiều phơng khác nhau.
Nghiên cứu đứt gãy có ý nghĩa rất quan trọng trong lĩnh vực địa chất, bởi việc
nghiên cứu đứt gãy sẽ giúp cho chúng ta hiểu đợc các hoạt động kiến tạo trong quá
khứ, hiện tại và tơng lai.
Các yếu tố của đứt gãy (hình 3):
- Mặt đứt gãy: Bề mặt dịch chuyển, có thể phẳng hoặc cong (AABB).
- Đờng đứt gãy: Đờng kéo dài của đới đứt vỡ, thờng có dạng cong (AA, BB).
- Cánh trên (dới): Phần đất đá nằm ở phía trên (dới) mặt đứt gãy.

22

- Thế nằm đứt gãy: Tơng tự nh thế nằm lớp đất đá.

Hình 3: Các yếu tố của đứt gãy
Phân loại đứt gãy (hình 4):
- Đứt gãy thuận (a): Đứt gãy có cánh trên trợt xuống, cánh dới đẩy lên.
- Đứt gãy nghịch (b): Đứt gãy có cánh trên đẩy lên, cánh dới trợt xuống.
- Đứt gãy chờm (chờm nghịch): Đứt gãy nghịch có mặt đứt gãy với góc dốc nhỏ
hơn 45
0
. Loại đứt gãy này thờng đi liền với uốn nếp, có cự li dịch chuyển lớn, đặc
trng cho vỏ Trái đất có cấu tạo nếp uốn.
- Đứt gãy bằng (c): Đứt gãy có hớng dịch chuyển ngang, mặt đứt gãy có thể
đứng, nghiêng hoặc nằm ngang.
- Đứt gãy sâu: Đứt gãy có quy mô rất lớn, xuyên sâu vào trong vỏ trái đất, kéo dài
đến hàng trăm, hàng nghìn kilômét thờng tái hoạt động nhiều lần.





(a) (b) (c)
Hình 4: Các yếu tố của đứt gãy
1.7. Đặc điểm chủ yếu của các loại đá
1.7.1. Đặc điểm của đá macma
Khi xâm nhập lên phần trên của vỏ quả đất, trong điều kiện nhiệt độ và áp suất
giảm thấp, dung dịch macma tỏa nhiệt, nguội dần và đông cứng thành nhiều loại đá
macma. Thành phần vật chất và điều kiện nguội lạnh của macma (kết tinh ở sâu, nông
hay ở trên mặt) quyết định các đặc trng cơ bản của đá macma.

1. Thế nằm của đá macma
Đá macma đợc thành tạo từ dung nham đông cứng nên thế nằm của đá rất đa
dạng. Kích thớc của khối đá cũng nh mối quan hệ tiếp xúc của nó với các đá vây
quanh thay đổi rất lớn. Tùy theo đặc tính hình học của môi trờng nguội lạnh nh hình
dạng, hớng phát triển và kích thớc khe nứt, hình dạng mặt đất cũng nh độ nhớt của
macma mà đá macma có các dạng thế nằm khác nhau, vì thế, hình thù khối đá macma
cho biết thế nằm của đá macma.
a. Các dạng thế nằm của đá macma xâm nhập
- Thế nằm dạng nền: Khối đá macma xâm nhập có kích thớc rất lớn, diện tích
A

A

B

B



23

phân bố có thể tới hàng chục km
2
. Ranh giới dới thờng không xác định đợc. Đá vây
quanh tiếp xúc với dạng nền có đặc trng là không bị biến đổi thế nằm.
- Thế nằm dạng nấm: Chỉ khối đá macma xâm nhập có hình nấm hoặc thấu kính
dày. Diện tích phân bố không rộng. Các đá vây quanh, nhất là đá ở phía trên thờng bị
uốn cong theo hình dạng nấm.
- Thế nằm dạng lớp: Đợc hình thành do macma xâm nhập theo khe nứt giữa các
mặt tầng đá, chiều dày nhỏ, thờng chỉ có vài mét đến vài chục mét nhng phạm vi

phân bố tơng đối lớn.
- Thế nằm dạng mạch: Hình thành do macma xâm nhập và lấp đầy khe nứt của
các tầng đá. Chiều dày mạch thay đổi từ vài centimét đến vài chục mét. Đá mạch có
nhiều nhánh, chỗ tiếp xúc với đá vây quanh thờng có khe nứt làm tăng tính thấm nớc
của đá. Mạch đá macma thờng cắt các tầng đá với góc tơng đối lớn.
b. Các dạng thế nằm của đá macma phun trào
- Dạng lớp phủ: Đá macma phun trào phủ trên một diện tích rất rộng, có thể tới
hàng ngàn km
2
. Thờng đợc hình thành do dung nham trào lên mặt đất theo các khe
nứt kéo dài của vỏ trái đất. Sự phun trào macma nhiều đợt có thể tạo lớp phủ thành
nhiều tầng với chiều dày lớn.
- Dạng dòng chảy: Hình thành do macma trào lên qua miệng núi lửa di chuyển lấp
đầy các khe rãnh của thung lũng. Đặc trng của nó là có chiều dài lớn hơn chiều rộng
rất nhiều, phụ thuộc vào độ nhớt của dung nham và hình dạng thung lũng, có thể kéo
dài đến 30- 40 km và hơn nữa. Nếu macma nghèo silic thì dung nham thờng lỏng, dễ
di chuyển, dòng chảy có chiều dài lớn, macma giàu silic thì độ nhớt lớn, có thể đông
đặc tại chỗ hình dạng vòm, dạng tháp, .
2. Thành phần khoáng vật của đá macma
Khoáng vật nguyên sinh chủ yếu tạo nên các loại đá macma là fenpat, thạch anh,
amfibon, pirôxen, mica, ngoài các khoáng vật trên còn có ziacôn, tuamalin, apatit, .
Các khoáng vật phụ, tha sinh có thể gặp nh xêrixit, clorit, kaolinit, cocđêzit, . Sự có
mặt của tổ hợp các loại khoáng vật trong đá macma đợc quyết định bởi thành phần
hóa học, sự phân dị kết tinh của macma.
Hầu hết các khoáng vật trong đá macma có mối liên kết hóa học bền vững và
đợc thành tạo ở điều kiện nhiệt độ cao. Do vậy, cờng độ của khoáng vật tơng đối
lớn nhng kém ổn định trong điều kiện khí quyển, dễ bị phong hóa biến đổi thành
khoáng vật thứ sinh bền vững nh các khoáng vật sét và các ôxyt không hòa tan.
Kết quả phân tích hóa học cho thấy, khoáng vật của đá macma đợc thành tạo bởi
hầu hết các loại nguyên tố hóa học, nhng chủ yếu là O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, H,

Ti. Lợng chứa Si đợc tính theo SiO
2
thay đổi từ 25- 85%.
Dựa vào lợng SiO
2
, đá macma đợc chia ra thành 4 loại:
- Đá macma axít có lợng SiO
2
trên 65%: Granit, liparit, ;
- Đá macma trung tính có lợng SiO
2
từ 55 - 65%: Điôrit, sienit, ;
- Đá macma bazơ có lợng SiO
2
từ 45 - 55%: Gabrô, bazan, ;
- Đá macma siêu bazơ có lợng SiO
2
nhỏ hơn 45%: Periđôtit, đunit, .
3. Kiến trúc và cấu tạo của đá macma
Theo mức độ kết tinh, có thể chia kiến trúc của đá macma ra 4 loại chính:

24

- Kiến trúc toàn tinh: Tất cả các khoáng vật trong đá đều kết tinh, ranh giới phân
cách giữa chúng rất rõ rệt, có thể quan sát thấy bằng mắt thờng.
- Kiến trúc pocfia: Chỉ thấy bằng mắt thờng một số tinh thể lớn rải rác trên nền
tinh thể rất nhỏ (vi tinh), không thấy kết tinh.
- Kiến trúc ẩn tinh: Tinh thể rất nhỏ, không phân biệt đợc bằng mắt thờng, chỉ
nhìn thấy dới kính hiển vi.
- Kiến trúc thủy tinh: Đá không kết tinh thành tinh thể, khoáng vật rõ rệt mà có

hình dạng vô định hình, rất khó phân biệt.
Dựa vào kích thớc hạt, kiến trúc của đá macma đợc chia ra:
- Kiến trúc hạt lớn: Khi kích thớc hạt trên 5mm.
- Kiến trúc hạt vừa: Khi kích thớc hạt từ 5- 2mm.
- Kiến trúc hạt nhỏ: Khi kích thớc hạt từ 2,0- 0,2mm.
- Kiến trúc hạt mịn: Khi kích thớc hạt nhỏ hơn 0,2mm.
Ngoài ra, căn cứ vào kích thớc tơng đối của các hạt, kiến trúc của đá macma
đợc chia ra: kiến trúc hạt đều khi các hạt có kích thớc gần nh nhau và kiến trúc hạt
không đều khi các hạt có kích thớc to nhỏ khác nhau.
Mức độ kết tinh của khoáng vật đá macma phụ thuộc điều kiện đông nguội của
dung nham. Đối với đá macma xâm nhập, do đợc thành tạo ở dới sâu, tính dẫn nhiệt
của đá kém, quá trình đông nguội của dung nham kéo dài, các tinh thể có đủ thời gian
để lớn lên và vì thế, đá xâm nhập thờng có kiến trúc toàn tinh hạt lớn và hạt đều. Còn
ở gần mặt đất và trên mặt đất, điều kiện tỏa nhiệt tốt và chịu áp lực thấp nên dung
nham nguội rất nhanh, các tinh thể không kịp kết tinh, chỉ hình thành các tinh thể nhỏ
hoặc kết tinh một số khoáng vật có nhiệt độ kết tinh cao. Do vậy, kiến trúc ẩn tinh,
thủy tinh hay pocfia là những kiến trúc đặc trng cho đá xâm nhập nông và đá phun
trào. Đặc biệt, kiến trúc thủy tinh thờng thấy khi đá macma đợc hình thành từ dung
nham phun ở đáy biển.
Sự kết tinh của khoáng vật tạo đá còn phụ thuộc thành phần của dung nham. Các
dung nham nghèo silic thờng chứa các hợp chất dễ hòa tan, có tính di động lớn, độ
nhớt của dung nham giảm và sự kết tinh đợc dễ dàng hơn.
Đá có kiến trúc toàn tinh, đều hạt có cờng độ và độ ổn định với phong hóa cao
hơn loại kiến trúc thủy tinh, không đều hạt.
Theo sự định hớng của các thành phần khoáng vật trong không gian, có thể chia
cấu tạo của đá macma ra các loại:
- Cấu tạo khối: Đặc điểm của cấu tạo khối là thành phần khoáng vật của đá nh
nhau theo các hớng khác nhau.
- Cấu tạo dải: Trong đá, các khoáng vật sắp xếp theo dạng dải do đợc định
hớng theo phơng di chuyển của dòng dung nham.

Dựa theo mức độ rỗng của đá macma, chia ra các loại cấu tạo:
- Cấu tạo đặc xít: Trong đá hầu nh không có lỗ rỗng. Cấu tạo loại này thờng
gặp trong đá macma thành tạo ở dới sâu;
- Cấu tạo lỗ hổng: Trong đá tồn tại các lỗ rỗng. Cấu tạo lỗ hổng thờng gặp ở đá
macma thành tạo ở gần hoặc ở trên mặt đất (đá phun trào), do có sự thoát đi của các
chất khí và hơi nớc từ dung nham macma.

25

Một dạng đặc biệt của đá có cấu tạo lỗ hổng là đá bọt. Loại đá này đợc thành tạo
từ dung nham có nhiều chất dễ bốc, nguội lạnh nhanh ở dới nớc hay trong lớp thổ
nhỡng ẩm. Đá bọt có lỗ rỗng rất lớn nên thờng nhẹ.
- Cấu tạo hạch nhân: Trong đá macma, các lỗ hổng đợc lấp đầy bởi các khoáng
vật thứ sinh nh ôpan, thạch anh, clorit, canxit, , đợc hình thành từ dòng dung dịch
lu thông trong đá.
Nhìn chung, đá macma có cấu tạo đồng nhất thì có sự đẳng hớng về các tính chất
vật lý và cơ học, còn các cấu tạo khác, tạo nên sự không đồng nhất nh cấu tạo dải, cấu
tạo lỗ hổng, thì làm cho đá có tính dị hớng, giảm độ bền cũng nh sự ổn định đối
với tác dụng phong hóa.
Khi nguội lạnh, macma sẽ co lại, giảm thể tích và tạo ra các khe nứt theo những
quy luật nhất định. Những khe nứt đó gọi là khe nứt nguyên sinh và khối nứt do những
khe nứt đó phân ra gọi là khối nứt nguyên sinh.
Khác với khe nứt thông thờng, khe nứt nguyên sinh không phá hoại sự liên kết
giữa các khối nứt. Chúng có thể đợc xem là những mặt mà ở đấy tính vững chắc của
đá bị giảm sút. Hệ thống khe nứt này phân bố có quy luật và trong quá trình phong hóa
đợc thể hiện rõ rệt thêm. Sự có mặt của khe nứt nguyên sinh làm giảm cờng độ và
tăng tính thấm nớc của đá macma.
1.7.2. Đặc điểm của đá trầm tích
Đá trầm tích đợc hình thành và phân bố khá phổ biến trong vỏ Trái đất. Theo đặc
tính của vật liệu, đá trầm tích đợc chia ra: trầm tích cơ học và trầm tích sinh hóa. Khi

trầm tích mảnh vụn đợc dính kết bởi xi măng hay bị nén chặt tạo thành đá thì gọi là
đá trầm tích cơ học. Đá trầm tích sinh hóa hình thành do tác dụng của sinh hóa hay
chính xác là do sinh vật đọng lại cùng với các khoáng chất. Đặc trng của trầm tích
sinh hóa là các di tích sinh vật xen kẹp lẫn lộn và gắn kết với trầm tích hóa học.
1. Thế nằm của đá trầm tích
Khác với đá macma, quá trình hình thành đá trầm tích chịu ảnh hởng rất lớn của
trờng trọng lực. Bởi vậy, thế nằm dạng lớp song song nằm ngang là dạng phổ biến đối
với đá trầm tích. Thế nằm này đặc trng cho môi trờng trầm tích đồng nhất và yên
tĩnh. Thế nằm lớp xiên chéo, lớp vát nhọn thờng gặp trong trầm tích gió và trầm tích
cửa sông.
ở
nơi dòng nớc uốn khúc thờng hình thành thế nằm dạng thấu kính. Thế
nằm dạng lớp của đá trầm tích có ý nghĩa quyết định tới sự ổn định của khối đá. Có thể
phân biệt hai loại thế nằm của đá trầm tích:
- Thế nằm nguyên sinh: Hình thành trong quá trình tạo đá (lớp đá trầm tích nằm
ngang hay hơi nghiêng), thờng thấy trong đá trầm tích trẻ.
- Thế nằm thứ sinh: Thế nằm nguyên sinh đã bị biến đổi do các hoạt động kiến
tạo về sau (lớp đá trầm tích nằm nghiêng hoặc uốn nếp, vò nhàu), thờng thấy trong đá
có tuổi cổ, do đã trải qua nhiều thời kỳ biến động địa chất.
2. Thành phần khoáng vật của đá trầm tích
Thành phần khoáng vật đá trầm tích có nhiều loại, bao gồm:
- Khoáng vật nguyên sinh: Các mảnh đá hay khoáng vật do phong hóa cơ học các
đá có trớc. Chúng là thành phần chủ yếu của đá trầm tích mảnh vụn (cuội, sỏi, cát)
nh thạch anh, fenspat, ziacôn, tuamalin, apatit,
- Khoáng vật thứ sinh: Hình thành từ các khoáng vật nguyên sinh, do bị phân hủy