Giáo trình Địa chất công trình, hệ cao đẳng, ngành xây dựng cầu đường

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................................4
MỞ ĐẦU....................................................................................................................................5
ĐẤT ĐÁ....................................................................................................................................7
1.1.ĐỊA HÌNH VÀ ĐỊA MẠO........................................................................................7
1.1.1.KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRÁI ĐẤT.................................................................7
Bằng các phương pháp nghiên cứu sự thay đổi của sóng địa chấn lan truyền trong lòng
Trái đất, người ta đã biết được Trái đất có cấu trúc gồm nhiều lớp (Hình 1.1): .............8
1.1.2. ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO........................................................................................14
1.2.CÁC LOẠI ĐÁ.........................................................................................................19
1.2.1. KHÁI NIỆM VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT TẠO ĐÁ ..........................19
1.2.2.CÁC LOẠI ĐÁ VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA NÓ Ở VIỆT NAM.............................33
1.2.3.NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ĐÁ THƯỜNG DÙNG TRONG XÂY
DỰNG............................................................................................................................47
1.3.CÁC LOẠI ĐẤT .....................................................................................................59
1.3.1. KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT ................................................59
1.3.2.CÁC LOẠI ĐẤT VÀ SỰ PHÂN BỐ ĐẤT Ở VIỆT NAM.................................61
NƯỚC DƯỚI ĐẤT.................................................................................................................63
2.1.CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT.........................................63
2.1.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT.................................................63
2.1.2. CÁC YẾU TỐ THỦY ĐỘNG VÀ ĐỊNH LUẬT THẤM CƠ BẢN...................66
2.2.TÍNH TOÁN NƯỚC DƯỚI ĐẤT..........................................................................70
2.2.1.TÍNH TOÁN CHO DÒNG THẤM NƯỚC DƯỚI ĐẤT.....................................70
2.2.2.TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG NƯỚC CHẢY VÀO CÁC CÔNG TRÌNH TẬP
TRUNG..........................................................................................................................73
CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT TỰ NHIÊN VÀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH..............82
3.1.CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO CỦA VỎ TRÁI ĐẤT...........................................82
3.1.1.KHÁI NIỆM.........................................................................................................82
3.1.2. CÁC DẠNG CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO.......................................................82
3.1.3. CÁC DẠNG BIẾN VỊ CỦA ĐẤT ĐÁ................................................................84

1


3.1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA CHUYỂN ĐỘNG KIẾN TẠO ĐẾN XÂY DỰNG CÔNG
TRÌNH...........................................................................................................................87
3.2.HIỆN TƯỢNG ĐỘNG ĐẤT...................................................................................87
3.2.1. KHÁI NIỆM .......................................................................................................87
3.2.2. NGUYÊN NHÂN GÂY ĐỘNG ĐẤT................................................................88
3.2.3. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA ĐỘNG ĐẤT.............................................................89
3.2.4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ MẠNH CỦA ĐỘNG ĐẤT .....................................................91
3.2.5. TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐỘNG ĐẤT LÊN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG........94
3.2.6. BIỆN PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRONG VÙNG CÓ ĐỘNG ĐẤT.....95
3.3.HIỆN TƯỢNG PHONG HÓA ĐẤT ĐÁ...............................................................96
3.3.1. KHÁI NIỆM .......................................................................................................96
3.3.2. CÁC KIỂU PHONG HÓA..................................................................................97
3.3.3. LỚP VỎ PHONG HÓA ......................................................................................99
3.3.4. ĐẶC ĐIỂM LỚP VỎ PHONG HÓA NHIỆT ĐỚI Ở VIỆT NAM.................100
3.3.5. NGHIÊN CỨU VÀ XỬ LÝ PHONG HÓA TRONG XÂY DỰNG.................101
3.4.HIỆN TƯỢNG KARST........................................................................................102
3.4.1. KHÁI NIỆM......................................................................................................102
3.4.2.ĐIỀU KIỆN PHÁT SINH PHÁT TRIỂN KARST............................................102
3.4.3. CÁC HÌNH THÁI KARST...............................................................................104
3.4.4. ĐẶC ĐIỂM PHÁT TRIỂN KARST Ở VIỆT NAM.........................................104
3.4.5. NGHIÊN CỨU VÀ XỬ LÝ KARST TRONG XÂY DỰNG...........................105
3.5.HIỆN TƯỢNG CÁT CHẢY.................................................................................106
3.5.1. KHÁI NIỆM......................................................................................................106
3.5.2. ĐIỀU KIỆN PHÁT SINH CÁT CHẢY............................................................106
3.5.3.CÁC LOẠI CÁT CHẢY....................................................................................107
3.5.4. BIỆN PHÁP XỬ LÝ CÁT CHẢY....................................................................107

3.6.HIỆN TƯỢNG XÓI NGẦM.................................................................................108
3.6.1. KHÁI NIỆM .....................................................................................................108
3.6.2. ĐIỀU KIỆN PHÁT SINH XÓI NGẦM............................................................109
3.6.3. BIỆN PHÁP XỬ LÝ XÓI NGẦM....................................................................109
3.7.CHUYỂN DỊCH ĐẤT ĐÁ TRÊN SƯỜN DỐC..................................................110
3.7.1. KHÁI NIỆM .....................................................................................................110
3.7.2. CÁC DẠNG CHUYỂN DỊCH ĐẤT ĐÁ..........................................................110
3.7.3. ĐIỀU KIỆN VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY CHUYỂN DỊCH BỜ DỐC............111
3.7.4. ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH BỜ DỐC......................................................................112
3.7.5. ĐỀ PHÒNG VÀ CHỐNG TRƯỢT BỜ DỐC...................................................113
3.8.HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA DÒNG SÔNG.................................................114

2


3.8.1.QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA DÒNG SÔNG........................114
3.8.2.ĐỊA HÌNH THUNG LŨNG SÔNG...................................................................115
3.8.3.TRẦM TÍCH SÔNG...........................................................................................116
3.8.4.NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT CỦA SÔNG VỚI XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH.............................................................................................................117
KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH............................................................................118
4.1. KHÁI NIỆM .........................................................................................................118
4.2.CÁC GIAI ĐOẠN KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH............................119
4.2.1.TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAI ĐOẠN KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
.....................................................................................................................................119
4.2.2. KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG................................120
4.3.CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH....................121
4.3.1.THU THẬP TÀI LIỆU.......................................................................................121
4.3.2. ĐO VẼ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH..................................................................122
4.3.3.KHOAN ĐÀO THĂM DÒ.................................................................................122

4.3.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CÔNG TRÌNH NGOÀI HIỆN TRƯỜNG
.....................................................................................................................................126
4.3.5.BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH........................................139
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................145

3


LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhóm ngành công trình thuộc các trường Đại học, Cao đẳng kỹ thuật, Địa chất công
trình là môn học cở sở kỹ thuật nhằm trang bị cho sinh viên các kiến thức cần thiết về địa chất
để có thể tiếp thu kiến thức và thực hành chuyên môn các lĩnh vực liên quan trực tiếp đến việc
xây dựng công trình như: Cơ học đất đá, Nền và móng, Vật liệu xây dựng, Thủy công, Cầu
hầm, Đường giao thông, Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Thi công công trình…bởi vì địa
chất là điều kiện có tính chất quyết định đến quy hoạch, thiết kế, thi công, quản lý các công
trình.
Cuốn Giáo trình Địa chất công trình này được dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên hệ
cao đẳng, ngành Xây dựng Cầu đường bộ của Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải.
Với đối tượng học tập là các sinh viên của một trường kỹ thuật không chuyên về địa chất,
do vậy với phương châm “cơ bản, hiện đại, gắn liền với thực tế”, giáo trình đã được tinh giản
nội dung bao gồm các khái niệm về địa chất đại cương, địa chất công trình, địa chất thủy văn
và viết gọn trong 4 chương với sự phân công như sau:
Chương 1 và Chương 2: ThS Nguyễn Thị Bích Hạnh.
Chương 3 và Chương 4: ThS Phạm Thái Bình và KS Lê Văn Hiệp.
Mặc dù các tác giả đã rất cố gắng khi biên soạn cuốn giáo trình này nhưng do trình độ còn
hạn chế nên chắc chắn nội dung giáo trình không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi rất
mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các cán bộ giảng dạy, các bạn sinh viên và các
độc giả để cuốn giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn.
Các tác giả

4


MỞ ĐẦU
Địa chất công trình là môn khoa học về các điều kiện địa chất để phục vụ công tác xây
dựng (công trình xây dựng, khai thác lãnh thổ, bảo vệ môi trường địa chất). Là bộ phận chính
của khoa học về Trái Đất.
* Nhiệm vụ nghiên cứu của địa chất công trình:
- Xác định các điều kiện Địa chất công trình của khu đất xây dựng để trên cơ sở đó lựa
chọn vị trí bố trí công trình thích hợp. Điều kiện địa chất công trình bao gồm:
+ Điều kiện về địa hình địa mạo: phản ánh hình thái mặt đất (độ cao tuyệt đối, độ cao
tương đối…), nguồn gốc địa hình và xu thế phát triển địa hình, ảnh hưởng đến quy hoạch và
ổn định công trình.
+ Điều kiện cấu trúc địa chất: (gồm địa tầng và cấu trúc địa chất) phản ánh sự phân bố các
loại đất đá khác nhau theo diện và theo chiều sâu, ảnh hưởng đến quy mô, kết cấu công trình
và ổn định công trình;
+ Điều kiện về tính năng xây dựng của đất đá: phản ánh các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đất
đá theo từng nhóm, để sử dụng trong thiết kế;
+ Điều kiện về địa chất thuỷ văn: phản ánh nước dưới đất (nguồn gốc, phân bố, thành phần
hoá học, tính chất vật lý, khả năng ăn mòn…) ảnh hưởng đến ổn định công trình;
+ Điều kiện về các tác dụng địa chất phản ánh các quá trình và hiện tượng địa chất tự nhiên
(ngoại sinh và nội sinh) và địa chất công trình, ảnh hưởng đến ổn định công trình;
+ Điều kiện về vật liệu xây dựng tự nhiên: phản ánh chất lượng, trữ lượng và điều kiện
khai thác một số loại vật liệu xây dựng tự nhiên phục vụ xây dựng công trình.
- Nêu các điều kiện thi công công trình, dự đoán các hiện tượng xảy ra trong thi công và sử
dụng công trình;
- Đề xuất giải pháp khắc phục các điều kiện Địa chất công trình bất lợi;
- Cho biết khả năng cung cấp vật liệu xây dựng tự nhiên tại địa phương phục vụ xây dựng
công trình.
* Đối tượng nghiên cứu:

- Vỏ Trái Đất (thạch quyển, thuỷ quyển, khí quyển, sinh quyển và trí quyển).
* Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu đất đá dùng làm nền, làm môi trường và làm vật liệu xây dựng.
- Nghiên cứu các hiện tượng địa chất như (trượt, cát chảy, xói ngầm, karst, phong hóa…).
- Nghiên cứu nước dưới đất để khắc phục các khó khăn do nước gây ra khi thi công và sử
dụng công trình.
- Nghiên cứu các phương pháp khảo sát địa chât công trình nhằm thăm dò, đánh giá các
điều kiện địa chất công trình của khu vực.
- Nghiên cứu Địa chất công trình để lập quy hoạch các khu vực xây dựng dân dụng, công
nghiệp hay để quy hoạch thủy lợi, giao thông.

5


* Phương pháp nghiên cứu Địa chất công trình:
- Phương pháp địa chất học: tìm hiểu sự phát triển các hiện tượng địa chất trong quá khứ
có liên quan đến sự tạo thành các dạng địa hình, tính chất của đất đá và quy luật phân bố sắp
xếp của nó trong khu vực.
- Phương pháp thí nghiệm mô hình và tương tự địa chất: dựa vào sự tương tự giữa các
trường vật lý khác nhau như: Trường chuyển động của nước dưới đất với trường dẫn điện,
trường chịu lực của đất đá với trường chịu lực của môi trường đàn hồi mà ta có thể thay thế
môi trường địa chất của khu vực xây dựng bằng môi trường vật lý có điều kiện tương tự,
nhưng đơn giản hơn, kích thước nhỏ hơn.
- Phương pháp tương tự địa chất là phương pháp có tính kinh nghiệm dựa trên nguyên lý:
Đất đá được thành tạo trong cùng điều kiện trải qua các quá trình địa chất như nhau thì có các
đặc trưng vật lý, cơ học tương tự nhau.
- Phương pháp tính toán lý thuyết: cơ sở của phương pháp này là lập các phương trình toán
học thể hiện bản chất vật lý của các hiện tượng địa chất, các đặc trưng vât lý, cơ học của đất
đá.

6


Chương 1

ĐẤT ĐÁ
1.1.

ĐỊA HÌNH VÀ ĐỊA MẠO

1.1.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRÁI ĐẤT
1.1.1.1.

Hình dáng và kích thước Trái Đất

Trái Đất có dạng gần như hình cầu, phình to ở xích đạo và hơi dẹt ở hai cực. Độ dẹt của
Trái Đất có thể biểu thị bằng tỷ số giữa hiệu số của bán kính Trái Đất ở xích đạo và ở cực (R x
– Rc) với bán kính ở xích đạo Rx.
Rx − Rc
(1.1)
Rx
Nhiều tác giả đưa ra các số liệu khác nhau về kích thước Trái Đất, có giá trị khác nhau theo
bảng 1.1

α=

Bảng 1.1: Kích thước Trái Đất
Bán kính xích đạo
Rx (m)

Bán kính cực
Rc (m)

1841

6 377 397

6 356 079

1/299,2

Anh

1880

6 378 249

6 356 515

1/293,5

Delamber

Pháp

1800

6 375 653

6 356 564

1/344,0

Gdanov

Nga

1893

6 377 717

6 356 433

1/299,6

1984

6 378 137

Tác giả

Nước

Bessel

Đức

Clark

Hệ thống

trắc địa thế giới
(WGS)

Năm

Độ dẹt
α

1/298,2

Bề mặt Trái Đất rất lồi lõm, nơi cao nhất trên Trái Đất là đỉnh Everest trong dãy Hymalaya
ở Trung Quốc – Nepal với độ cao gần 9 Km trên mực nước biển (số liệu năm 1999 ghi nhận
là 8850 m nhưng nó vẫn cao lên khoảng 2,5 cm hàng năm), nơi thấp nhất trên Trái Đất là vực
Marianas ở Thái Bình Dương với độ sâu 10924m dưới mực nước biển. Nếu so với bán kính
trung bình của Trái Đất là 6371km thì sự chênh lệch giữa nơi cao nhất và thấp nhất trên Trái
Đất (khoảng 20km) cũng không có gì đáng kể. Da mặt của quả cam còn lồi lõm hơn nhiều.
1.1.1.2.

Cấu tạo bên trong của Trái Đất

7


Bằng các phương pháp nghiên cứu sự thay đổi của sóng địa chấn lan truyền trong lòng Trái
đất, người ta đã biết được Trái đất có cấu trúc gồm nhiều lớp (Hình 1.1):

Hình 1.1: Cấu tạo bên trong Trái Đất

* Lớp vỏ Trái Đất: là lớp vỏ mỏng bao bọc bên ngoài của Trái Đất, có chiều dày dao động
từ 5km (ở đại dương) đến 70km (ở lục địa), thành phần vật chất chủ yếu gồm hy-đrô, si-líc,

nhôm, sắt, can-xi, na-tri. Lớp vỏ Trái đất có cấu tạo không đồng nhất có hai kiểu chính là:
Kiểu vỏ lục địa: có cấu tạo ba tầng là các tầng trầm tích, gra-nít và ba-zan.
Kiểu vỏ đại dương: có cấu tạo hai tầng là các tầng trầm tích và ba-zan, trong đó tầng trầm
tích rất mỏng.
Ngoài ra còn có kiểu vỏ chuyển tiếp thường quan sát thấy ở các khu biên rìa lục địa hoặc
biên nội địa.
Vỏ Trái đất chỉ chiếm khoảng 15% về thể tích và khoảng 1% trọng lượng của Trái đất
nhưng có vai trò rất quan trọng đối với thiên nhiên và đời sống con người.
Vỏ Trái đất là đối tượng nghiên cứu của địa chất học, tuy nhiên hiện nay với lỗ khoan sâu
nhất thế giới ở bán đảo Kônxki của Liên Xô cũng mới chỉ đạt đến độ sâu 12206m, như vậy
vẫn chưa nghiên cứu được hết lớp vỏ Trái đất này.
* Lớp Manti: là lớp giữa của Trái Đất, phân bố ở độ sâu từ 70 ÷ 2900km, có thể chia thành
hai lớp khác nhau:
- Manti trên: từ 70 ÷ 900km, thành phần ngoài oxi còn có si-líc, ma-giê nên còn được gọi
là lớp “Sima”, do lượng nguyên tố phóng xạ phân hủy lớn chính là nguồn nhiệt bên trong của

8


vỏ quả đất – nguyên nhân phát sinh ra động đất, hoạt động núi lửa, các chuyển động kiến tạo
của vỏ quả đất.
- Manti dưới: nằm trong khoảng 900 ÷ 2900km. Thành phần chủ yếu là oxi, sắt, ma-giê,
ni-ken.
Càng vào sâu nhiệt độ và áp suất càng lớn nên trạng thái vật chất của lớp man-ti có sự thay
đổi quánh dẻo ở tầng trên và rắn ở tầng dưới.
Vỏ Trái đất và phần trên cùng của lớp man-ti (đến độ sâu 1000 km) vật chất ở trạng thái
cứng người ta gộp vào gọi chung là thạch quyển.
* Lớp nhân Trái Đất: là lớp trong cùng của Trái đất, từ độ sâu 2900km đến tâm Trái đất
(6371km). Thành phần chủ yếu là các kim loại nặng như ni-ken, sắt (Nife). Ở đây nhiệt độ và
áp suất lớn hơn so với các lớp khác, từ 2900 km đến 5100 km là nhân ngoài, nhiệt độ khoảng

50000C, áp suất từ 1,3 đến 3,5 triệu atm, vật chất tồn tại trong trạng thái lỏng. Từ 5100 km
đến 6371 km là nhân trong, áp suất từ 1,3 đến 3,5 triệu atm vật chất ở trạng thái rắn.

Hình 1.2: Vị trí và chiều dày của các lớp bên trong Trái đất

1.1.1.3.

Cấu tạo bên ngoài Trái đất

Bên ngoài Trái đất được chia thành các quyển sau:
* Khí quyển là lớp vỏ không khí của Trái đất, phân bố từ mặt đất đến độ cao khoảng
3000km. Khí quyển được chia thành 3 tầng:

9


- Tầng đối lưu: chiều dày dao động khoảng 6 km đến 18 km từ mặt đất, chiếm khoảng 80%
khối lượng toàn bộ khí quyển và hầu như toàn bộ hơi nước. Thành phần chủ yếu gồm ni-tơ
chiếm 78%, ôxy gần 21%, argon 0,93%, carbonic 0,03%. Tầng đối lưu có ý nghĩa rất lớn đối
với địa chất học vì ở đây xảy ra những quá trình rất phức tạp như sự thay đổi nhiệt độ, áp suất,
sự tạo thành gió, mưa, bão, tuyết… và những quá trình này lại ảnh hưởng đến thạch quyển
làm xuất hiện các quá trình địa chất ngoại sinh, đồng thời gây lực đẩy ngang lên công trình,
ăn mòn kết cấu công trình, làm lão hóa vật liệu.
- Tầng bình lưu (tầng giữa): nằm trên tầng đối lưu, có giới hạn trên ở độ cao khoảng 80 ÷
90km. Khối lượng tầng không đáng kể chỉ khoảng 5% toàn bộ khối lượng khí quyển nhưng
việc tăng nhiệt độ của tầng sẽ làm tăng hàm lượng ôzôn, là loại khí hút tia tử ngoại, giúp cho
Trái đất tránh khỏi tác hại của tia cực tím hay các tia khác của Mặt Trời.
- Tầng ion: nằm phía trên tầng bình lưu, có giới hạn trên đôi khi tới 1000km, ở tầng này
không khí bị ôxy hoá rất mạnh nhưng hầu như không ảnh hưởng đến công trình xây dựng.
* Thuỷ quyển: là phần vỏ nước không liên tục của Trái Đất, chiếm 70,8% diện tích bề mặt

vỏ Trái Đất, chiếm hơn 0,1% thể tích Trái Đất, gồm nước đại dương chiếm 94,2%, nước dưới
đất 4,12%, nước băng ở hai cực 1,65%, còn lại là nước biển, sông, hồ, hơi ẩm trong đất và
trong khí quyển, trong đó lượng nước trong đất liền chỉ chiếm 0,3% toàn bộ lượng nước trong
khí quyển. Nước có vòng tuần hoàn giúp điều hoà khí hậu Trái Đất, nước cần cho hoạt động
sống của sinh vật, nước được khai thác sử dụng, nước có tác dụng ăn mòn kết cấu công trình,
chảy ngập hố móng, gây ra các hiện tượng địa chất như cát chảy, xói ngầm, trượt đất đá, karst.
Trái Đất có sự sống vì có nước.
* Thạch quyển là tên gọi khác của vỏ Trái Đất, trong quyển này chủ yếu là đá magma, biến
chất, đá trầm tích tuy chiếm tỷ lệ nhỏ nhưng lại bao phủ phần lớn diện tích Trái Đất nên là
loại đá thường gặp nhất trong xây dựng công trình.
* Sinh quyển là những vùng khí quyển và thủy quyển mà sinh vật có thể sống được. Chỉ
chiếm 0,1% khối lượng vỏ Trái Đất nhưng đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình thành
tạo và biến đổi thành phần, cấu tạo của khối khoáng vật tạo nên thạch quyển.
1.1.1.4.

Sơ lược lịch sử phát triển vỏ Trái Đất

a, Tuổi của đất đá
Từ xa xưa cho đến nay người ta đã xác định được tuổi của đất đá theo hai cách:
Tuổi tuyệt đối là khoảng thời gian từ khi đất đá thành tạo đến hiện nay (thường đơn vị tính
là triệu năm).
Tuổi tương đối là khoảng thời gian thể hiện quan hệ già, trẻ, trước, sau giữa các tầng đá
hoặc các hiện tượng địa chất (tuổi tương đối được thể hiện ở niên biểu địa chất).
- Phương pháp xác định tuổi tuyệt đối của đất đá:
Người ta có thể dùng nhiều phương pháp để xác định tuổi tuyệt đối của đất đá, nhưng
chính xác hơn cả là phương pháp đồng vị phóng xạ. Cơ sở của phương pháp là các nguyên tố
phóng xạ như Uran (U), Thori (Th) có trong đất đá khi phân hủy sẽ tạo thành Heli (He) và chì
(Pb). Sự phân hủy này rất ổn định ngay cả khi trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất lớn hay

10

khi có các phản ứng hóa học, các điện-từ trường tác động đến. Vì vậy dựa vào lượng chì (Pb)
do Uran, Thori phân hủy ra có thể xác định được thời gian phân hủy tức là tuổi của đất đá.
Trong 1 năm, 1g Uran cho 1351.10-13 g Pb206 và 1g Thori cho 513.10-13 g Pb208. Biết hàm
lượng Pb trong đất đá có thể xác định gần đúng tuổi của đất đá theo công thức của nhà bác
học người Anh A. Holmes (1890 – 1965):
Pb 206 + Pb 208
t=
× 7, 4.109 (năm)
U + 0,38Th

(1.2)

Trong đó:
Pb206, Pb208, U, Th: hàm lượng các nguyên tố tương ứng trong đất đá.
Theo cách tính này, tuổi Trái Đất là 5000 triệu năm, đá gabro-diorit ở Điện Biên Phủ có
tuổi 250 triệu năm. Phương pháp đồng vị phóng xạ thường dùng cho đá magma.
- Phương pháp xác định tuổi tương đối của đất đá, gồm có 3 phương pháp:
+ Phương pháp cổ sinh (dùng cho đá trầm tích): dựa vào các hoá thạch là những di tích
động thực vật đã hóa đá có trong đất đá để xác định tuổi của chúng.
Trong quá trình tiến hóa của thế giới sinh vật, mỗi loại đều có thời gian phát sinh, phát
triển và tiêu diệt của mình. Khi chúng chết đi sẽ để lại các hóa thạch được bảo tồn trong các
lớp đá và như thế tuổi của các lớp đá sẽ tương ứng với thời gian tồn tại của loài sinh vật để lại
hóa thạch ấy. Biết được thời gian tồn tại của các sinh vật khác nhau sẽ suy ra tuổi của các lớp
đất đá đã chứa hóa thạch của các sinh vật ấy.
Hoá thạch để xác định tuổi đất đá phải thoả mãn yêu cầu sau: loại sinh vật đó phải dồi dào
về số lượng hóa thạch và phát triển rộng khắp trên Trái Đất; loại sinh vật đó chỉ phát triển
trong một thời gian ngắn; hóa thạch phải được bảo tồn và dễ phân biệt với các hóa thạch khác.
(Hình 1.3)

Hình 1.3: Hóa thạch

+ Phương pháp thạch học (dùng cho đá magma, đá biến chất) dựa trên cơ sở so sánh thành
phần thạch học ở các khu vực khác nhau. Nếu ở các khu vực đó đất đá giống nhau về thành
phần, kiến trúc, cấu tạo, sự sắp xếp và các đặc điểm khác thì chúng có thể có cùng một tuổi.
Khi sử dụng thường xác lập một tầng đá chuẩn (có tính chất đặc biệt về thành phần, màu
sắc, bề dày…) đã được xác định tuổi bằng phương pháp khác gọi là tầng đánh dấu, rồi dựa
vào đó mà so sánh với các tầng khác.

11


+ Phương pháp địa tầng (dùng cho đá trầm tích) dựa trên quan hệ thế nằm của các tầng đất
đá. Đối với đất đá chưa bị đảo lộn thế nằm thì các tầng đá già hơn, thành tạo trước nằm dưới,
tầng đá trẻ hơn thành tạo sau nằm trên.
b, Sơ lược lịch sử phát triển Trái Đất
Theo phương pháp xác định tuổi tuyệt đối ở trên, Trái Đất có tuổi là khoảng 5 tỷ năm, thì
từ khi tạo thành cho đến nay, Trái Đất đã trải qua bao thăng trầm của các chu kỳ biến vị, xâm
thực, núi lửa, biển tiến, biển lùi, để hình thành được một Trái Đất có hình dáng và cấu tạo như
ngày hôm nay. Dựa theo các kết quả nghiên cứu thu thập được, người ta mô tả quá trình phát
triển của vỏ Trái Đất theo những giai đoạn, thời đoạn khác nhau như các đại, các kỷ các thế…
như sau:
- Đại Thái cổ (Arkeozoi - AR) là đại cổ nhất, kéo dài khoảng 2000 triệu năm. Thời kỳ này
vỏ Trái Đất hoạt động rất mãnh liệt. Tuy đá không chứa hóa thạch, nhưng sự có mặt của
carbon dưới dạng than chì, những lớp đá vôi dày có lẽ được thành tạo từ bùn vôi hữu cơ, cho
phép nghĩ rằng ở cuối đại sự sống đã xuất hiện.
- Đại Nguyên sinh (Proterozoi - PR) kéo dài khoảng 2030 triệu năm. Vỏ Trái Đất vẫn hoạt
động mãnh liệt, nhưng đã có những vùng được nâng lên ổn định thành lục địa được gọi là nền
Nguyên sinh, chẳng hạn nền Nga, nền Sybeari, nền Canada, nền Úc,… Các miền sụp võng

trùng với đáy đại dương vẫn chưa ổn định bao quanh miền nền gọi là địa máng. Trong Đại
Nguyên sinh đá không bị phân huỷ mạnh nhưng cũng bị biến chất đáng kể. Trong đá có chứa
các di tích động thực vật.
- Đại Cổ sinh (Paleozoi - Pz) kéo dài khoảng 345 triệu năm. Trong đại này sự sống đã phát
triển rất mạnh, nhờ các hoá thạch phong phú người ta chia đại thành các kỷ (những khoảng
thời gian ngắn hơn): trong các kỷ Cambri (∈), Ordovic (O), Silur (S) có hoạt động uốn nếp
Caledoni. Trong đá tìm thấy các hoá thạch chứng tỏ sự tiến hoá của thế giới sinh vật. Thực vật
sống cả dưới nước và trên cạn, đã xuất hiện động vật sống trên cạn đầu tiên; trong các kỷ
Devon (D), Carbon (C), Permi (P) có hoạt động uốn nếp Hecxini. Thực vật xuất hiện cây hạt
trần, cuối Permi bò sát khổng lồ xuất hiện.
- Đại Trung sinh (Mesozoi - Mz) kéo dài 70 triệu năm, gồm các kỷ Trias (T), Jura (J),
Creta (K). Động thực vật phát triển mạnh, nhiều chu kỳ xâm thực, biển tiến biển lùi làm thay
đổi bộ mặt Trái Đất. Động vật chủ yếu là bò sát, thực vật chủ yếu là thông, tùng, bách.
- Đại Tân sinh (Kainozoi - Kz) kéo dài khoảng 70 triệu năm, gồm các kỷ Paleogen (P),
Neogen (N) và Đệ Tứ (Q). Hoạt động uốn nếp Anpi làm phát sinh một loạt các dãy núi hiện
đại như Alaska, các dãy núi ven biển Nam Mỹ, Đông Dương,…Sau các chu kỳ băng hà xâm
lấn, Trái Đất phân chia đới khí hậu như ngày nay, động vật có chim, thú, thực vật phát triển
mạnh cây hạt kín, thế giới sinh vật dần đa dạng như ngày nay. Trong kỷ Đệ Tứ xuất hiện loài
người, khoảng thời gian của Đệ Tứ được xem là 1,8 triệu năm, 1,6 triệu năm hoặc 1 triệu năm
tuỳ tác giả căn cứ vào sự xuất hiện loài người, mưa thiên thạch hoặc các chu kỳ băng hà. Văn
minh con người phát triển khoảng 10000 năm trở lại đây. Cuối kỷ Đệ Tứ đã thấy di tích của
loài người cùng các vết tích văn hoá của họ.
c, Niên biểu địa chất: là bảng trình tự thời gian lịch sử phát triển vỏ Trái Đất, được lập nên
từ các tài liệu nghiên cứu về lịch sử phát triển vỏ Trái Đất, làm chỗ dựa cho nghiên cứu địa

12


chất. Niên biểu địa chất được chia và dùng chung cho tất cả các nước trên thế giới gọi là niên
biểu địa chất quốc tế, dùng riêng cho từng vùng hoặc khu vực gọi là niên biểu địa chất địa

phương.
- Trong niên biểu địa chất lịch sử phát triển địa chất của vỏ Trái Đất được chia làm các đại.
Mỗi đại lại được chia làm nhiều kỷ, mỗi kỷ lại được chia làm nhiều thế, mỗi thế lại được chia
làm nhiều kỳ. Tương ứng với các khoảng thời gian trên, các tập đất đá được tạo thành sẽ được
phân chia theo các giới, hệ, thống, bậc với các đặc trưng về chiều dày, thành phần thạch học
và các tính chất khác gọi là thang địa tầng.
- Trên bản đồ địa chất, đất đá được tô màu theo tuổi. Đất đá thuộc mỗi hệ được tô một màu
riêng, chẳng hạn Đệ Tứ màu vàng sáng, Carbon màu than chì, Devon màu nâu… Trong một
hệ, thống dưới được tô sắc đậm hơn cho đến thống trên nhạt hơn cùng màu.
- Bảng niên biểu địa chất (bảng 1.2) là chép lại theo chú giải của bản đồ địa chất Việt Nam
do các nhà địa chất Việt Nam và Liên Xô thành lập.
Bảng 1.2: Niên biểu địa chất
Đại (Giới )

Kỷ (Hệ)
Antropogen
(Q)
Đệ Tứ
/ Nhân sinh/

Kainozoi (Kz)
/Tân sinh/

Neogen (N)

Paleogen (P)

Kreta (K)

Jura (J)

Mesozoi (Mz)

Thời gian kéo dài,
triệu năm

Thế (Thống)
Holocen (Hiện đại)

QIV

Pleistocen muộn (thượng)

QIII

Pleistocen giữa (trung)

QII

Pleistocen sớm (hạ)

QI

Pliocen

N2

Miocen

N1

Oligocen

P3

Eocen

P2

Paleocen

P1

Kreta muộn (thượng)

K2

Kreta sớm (hạ)

K1

Jura muộn (thượng)

J3

Jura giữa (trung)

J2

Jura sớm (hạ)

J1

1,8

23.2

40

76

54

Trias (T)

30

Permi (P)

55

Carbon (C)

65

/Trung sinh/

13


Devon ( D)

50

Silur (S)

40

Ordovic (O)

65

Cambri (∈)

70

Proterozoi (PR)
/Nguyên sinh/

Proterozoi muộn

PR2

1270

Proterozoi sớm

PR1

760

Arkeozoi (AR ) /Thái cổ/

>2000

1.1.2. ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO
1.1.2.1.

Khái niệm địa hình, địa mạo

Địa hình là hình dáng của mặt đất, là kết quả của các quá trình địa chất lâu dài, phức tạp,
có ảnh hưởng đến hoạt động kinh tế nói chung và các hoạt động khác như xây dựng, giao
thông, văn hóa…nói riêng.
Địa mạo học là khoa học nghiên cứu địa hình có xét đến nguyên nhân hình thành và xu thế
phát triển địa hình.
Điều kiện địa mạo - điều kiện xét đến hình dạng, kích thước, nguồn gốc hình thành, xu thế
phát triển địa hình của khu vực xây dựng là một trong những điều kiện địa chất công trình
được đề cập đầu tiên khi lập phương án thi công công trình vì nó quyết định rất lớn đến khả
năng an toàn và hiệu quả kinh tế của việc xây dựng công trình.
Trên cơ sở khoa học địa mạo, căn cứ hình thái mặt đất, có thể phán đoán được thành phần,
tính chất, sự phân bố của đất đá cũng như các hiện tượng địa chất đã và sẽ xảy ra tại khu vực
dự định xây dựng. Điều này rất cần thiết cho việc xây dựng công trình.
Địa hình chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như đất đá và các tính chất của chúng, môi
trường xung quanh (không khí, nước, sinh vật), điều kiện tự nhiên (khí hậu, bức xạ Mặt Trời),
các hoạt động địa chất (hoạt động kiến tạo, các tác động địa chất khác...) nên địa hình luôn
biến đổi theo thời gian.
Điều kiện địa hình địa mạo hoặc điều kiện địa hình đều được hiểu là điều kiện địa chất
công trình phản ánh hình thái mặt đất.
1.1.2.2.

Phân loại địa hình

* Theo độ cao:
- Mặt thủy chuẩn quả đất là mặt nước đại dương trung bình ở trạng thái yên tĩnh (không bị
ảnh hưởng của gió, thủy triều…) trải dài xuyên qua lục địa, hải đảo tạo thành một mặt cong
khép kín. Mặt thủy chuẩn quả đất được dùng làm mặt chuẩn độ cao. Mỗi một quốc gia, bằng
số liệu đo đạc của mình, xây dựng một mặt chuẩn độ cao riêng gọi là mặt thủy chuẩn gốc. Ở
Việt Nam, theo quy định, lấy mặt nước biển trung bình nhiều năm của trạm Nghiêm Triều ở
đảo Hòn Dấu (Đồ Sơn – Hải Phòng) làm mặt thủy chuẩn gốc.

14


- Độ cao tuyệt đối của một điểm là khoảng cách thẳng đứng từ một điểm đến mặt thủy
chuẩn gốc.
- Độ cao tương đối là độ cao so với một mặt phẳng ngang lấy làm chuẩn.
Tùy theo hình dáng của địa hình mà người ta chia thành địa hình dương (lồi lên so với mặt
phẳng ngang) và địa hình âm (lõm xuống so với mặt phẳng ngang) với các dạng khác nhau.
+ Các dang địa hình dương: là các dạng địa hình bị lồi lên so với mặt phẳng nằm ngang,
bao gồm:
Rặng núi: hệ thống liên tục các dải núi và các đỉnh núi, cao hơn nhiều so với mực nước
biển;
Dải núi: dải nâng cao hẹp, dài với độ dốc các sườn > 200 đỉnh bằng phẳng hoặc tròn;
Núi: có độ cao tương đối > 200m, sườn dốc đứng;
Đỉnh và ngọn núi: điểm cao nhất của dãy núi và rặng núi;
Sơn nguyên: là đồng bằng rộng lớn trên núi, bề mặt đỉnh bằng phẳng, có sườn dốc rõ rệt;
Cao nguyên: đồng bằng cao, bằng phẳng được giới hạn bằng sườn dốc hơi dựng đứng;
Dải đồi: dải đất cao, chiều dài lớn, sườn thoải, bề mặt đỉnh bằng phẳng hay hơi lồi
Đồi: khoảng đất cao dạng vòm hay dạng hình nón có sườn thoải, độ cao tương đối không
quá 200m;
Ụ: là miền đất cao dạng vòm, độ dốc sườn không quá 250, đỉnh bằng phẳng.

+ Các dang địa hình âm: là các dạng địa hình bị lõm xuống so với mặt phẳng nằm ngang,
bao gồm:
Lòng chảo: địa hình âm rộng lớn, độ sâu lớn, sườn dốc đứng;
Thung lũng: vùng hạ thấp kéo dài không khép kín, hình thành do hoạt động địa chất của
sông, sườn có độ dốc thay đổi và bị chia xẻ bởi thềm sông, khối trượt...;
Khe hẻm: hõm sâu kéo dài, sườn bị thực vật che phủ, chiều dài khe có khi tới vài km;
Mương xói: vùng lõm xuống kéo dài, sườn trần dốc đứng, chiều sâu và chiều dài khác xa
nhau;
Rãnh xói: Mương xói nhỏ gọi là rãnh xói. Mương xói và rãnh xói tạo thành mạng lưới ở
thềm sông hoặc các khoảng đất san gạt nhân tạo, đất đá mềm bị rửa trôi, đất đá cứng còn lại.
Từ các dạng địa hình trên, trong thực tế xây dựng thường chia làm ba nhóm địa hình chính:
núi, đồi và đồng bằng. Tùy theo các mục đích nghiên cứu khác nhau mà trong từng nhóm địa
hình, người ta lại phân chia làm nhiều loại nhỏ. Ví dụ địa hình núi thì bao gồm các dạng địa
hình cụ thể như: địa hình kiến tạo, địa hình núi lửa, địa hình xâm thực. Độ cao tuyệt đối, mật
độ chia cắt và độ sâu chia cắt là những chỉ tiêu thường được dùng để đánh giá khi nghiên cứu
địa hình, địa mạo khu vực xây dựng công trình.
* Theo nguồn gốc địa hình:
- Địa hình kiến tạo: hình thành do sự vận động kiến tạo của vỏ Trái Đất, tạo nên địa hình
cơ bản của mặt đất như dãy núi, đồng bằng, đáy biển.
- Địa hình xâm thực: liên quan đến hoạt động phá hoại của dòng chảy (nước mưa, nước
sông, nước ngầm) làm biến đổi mãnh liệt hình thái địa hình theo thời gian.

15


- Địa hình tích tụ: là kết quả lắng đọng các sản phẩm của quá trình phong hóa tạo nên thềm
sông, bãi bồi, cồn cát.
1.1.2.3.

Đặc điểm cấu trúc địa hình, địa mạo trên lãnh thổ Việt Nam

* Đặc điểm chung
Việt Nam có 3/4 diện tích là đồi núi, có cấu trúc địa mạo phức tạp. Vào đầu thời kỳ
Paleogen, hoạt động nội sinh tương đối bình ổn, hoạt động ngoại sinh chủ yếu là xâm thực và
bóc mòn xảy ra mạnh mẽ, bề mặt địa hình được san bằng, hình thành các bề mặt san bằng cổ
có cao độ 1500, 1000, 500m. Các núi lúc đó thường có dạng khối, đỉnh tròn hoặc bằng.
Vào đầu kỳ Neogen, được gọi là chu kỳ tạo núi Anpi (cách đây 40 triệu năm), ở Việt Nam
xảy ra hiện tượng uốn nếp, làm cho vỏ Trái Đất được nâng lên, sụt lún, dập vỡ xuất hiện các
đứt gãy. Nơi nâng mạnh nhất là Tây Bắc, những nơi sụt lún như thung lũng sông Hồng, trục
Cao Bằng – Thất Khê – Lạng Sơn… Do các sóng kiến tạo trong chu kỳ tạo núi Anpi hoạt
động theo từng đợt, mỗi đợt có một pha nâng cao và một pha tương đối yên tĩnh nên địa hình
nước ta có cấu trúc phân bậc. Ở pha nâng, hoạt động của sông suối xảy ra mạnh mẽ dẫn đến
sự chia cắt các bình nguyên tồn tại trước đó. Pha tiếp theo là sự bồi tụ của sông ngòi tạo nên
bề mặt san bằng mới rồi lại bị phá hủy ở pha tiếp theo.
Như vậy, đồi núi ở Việt Nam nguyên đã già lại được “hóa trẻ”, sông suối hoạt động mạnh
bào xói các thung lũng sâu trở thành các hẻm vực, sườn trở nên dốc, có nơi gần như dựng
đứng. Sông cũng có tác dụng vận chuyển các trầm tích, lắng đọng ở các vũng vịnh bao quanh,
hình thành các đồng bằng giữa núi, các đồng bằng ven biển và châu thổ.
Do vậy trên lãnh thổ nước ta hình thành nên nhiều kiểu địa hình khác nhau: Đồng bằng,
núi, đồi, cao nguyên,… Theo quan điểm nguồn gốc và hình thái chúng ta có thể phân biệt trên
lãnh thổ Việt Nam có các kiểu địa hình chính sau:
* Địa hình kiến tạo bóc mòn
- Núi cao trung bình và cao: chiếm diện tích khá lớn, phân bố chủ yếu ở miền Tây Bắc,
Bắc Trung Bộ, phần phía Bắc khối nâng Kon Tum, phần Tây Bắc của miền Đông Bắc (Tây
Côn Lĩnh – 2419m). Các núi này thường là các uốn nếp dạng đường, vòm nâng hoặc khối
tảng. Độ cao phổ biến từ 2000 đến 3000m. Các núi có sườn dốc lớn, độ dốc từ 300 đến 450,
bị phân cắt mạnh. Các thung lũng thường sâu, hẹp, vách dốc đứng. Mặt cắt dọc thung lũng
dốc, chưa đạt đến trạng thái cân bằng, nhiều thác gềnh. Trong thung lũng ít tồn tại các thềm
sông.
- Núi thấp: phân bố chủ yếu ở miền Đông Bắc, ngoài ra còn gặp một diện tích không lớn ở

Trường Sơn, Nam Trung Bộ và Tây Bắc. Các núi có cao độ tuyệt đối từ 1000 đến 2000m,
sườn dốc từ 15 đến 300, thung lũng các sông suối thường rộng. Mặt cắt dọc các thung lũng
thường gần hoặc đã đạt đến trạng thái cân bằng do vậy ít gặp ghềnh thác.
- Núi dạng cao nguyên cao trung bình và thấp: Các núi này thường gặp ở Nam Trung Bộ
nhất là trong khối núi Lâm Viên. Điển hình cho các loại núi này phải kể đến các dãy Chử
Yang Xin, Bi Đúp và Tà Dung. Những núi này phân bố ở độ cao 1500 đến 1600m, địa hình
đa dạng, cấu tạo chủ yếu từ các đá tuổi MeZoZoi. Điển hình là cao nguyên Đà Lạt, phân bố ở

16


độ cao 1500 đến 1600m, diện tích trên 1000km 2, bề mặt có dạng đồi lượn sóng với góc dốc bề
mặt biến đổi từ 5 đến 200.
- Khối núi dạng cao nguyên và khối núi Karst hóa: các núi này phân bố rộng rãi ở phía
Bắc từ Quảng Bình trở ra, chúng có độ cao khác nhau: như Lạc Thủy 400 đến 500m, Mộc
Châu 600 đến 1000m, Sơn La 500 đến 600m, Tà Phình 1200 đến 1400m, Đồng Văn 1200 đến
1600m, Cao Bằng 400 đến 500m…trong các khối núi này hiện tượng Karst phát triển mạnh
làm cho địa hình bị phân cắt mạnh, đỉnh núi thường nhọn và sắc.
* Địa hình núi lửa bóc mòn (cao nguyên bazan)
Các cao nguyên này tập trung ở Trung và Nam Trung Bộ. Chúng có cao độ khác nhau,
biến đổi từ 100, 200 đến 1400, 1600m. Địa hình được thành tạo chủ yếu do phun trào bazan
dưới hai hình thức là phun nổ và phun tràn, kết quả tạo ra các cao nguyên có cao độ khác
nhau: Pleiku (600 đến 750m), Buôn Mê Thuật (450 đến 550m), Đức Trọng (1300 đến
1500m), Di Linh – Bảo Lộc (900 đến 1000m), Đak Nông (150 đến 900m). Các cao nguyên
này được đặc trưng bằng bề mặt bằng phẳng, độ nghiêng từ 10 đến 150.
* Địa hình xâm thực bóc mòn (đồng bằng đồi trước núi)
Ở nước ta địa hình đồi chiếm khoảng 1/7 diện tích của cả nước, nó là vùng chuyển tiếp
giữa vùng núi và đồng bằng. Các đồi thường có độ cao khác nhau, Ở phần phía Bắc, mức độ
chia cắt cao hơn hình thành dạng địa hình riêng lẻ kiểu bát úp. Ở phần phía Nam, các đồi có
mức độ phân cắt thấp hơn, bề mặt địa hình có dạng lượn sóng.

* Địa hình xâm thực tích tụ
- Đồng bằng tích tụ bóc mòn lượn sóng: Dạng địa hình này phát triển ở phần rìa của các
đồng bằng lớn như đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ.
Phần rìa đồng bằng Bắc Bộ: Địa hình này phân bố ở vùng phía Bắc thành một dải có chiều
rộng từ 15 đến 25km. Cao độ tuyệt đối từ 18 đến 45m, các đỉnh có dạng bằng và sườn thoải.
Phần rìa đồng bằng Nam Bộ: Đồng bằng tích tụ bóc mòn lượn sóng quan sát thấy ở phần
rìa trũng Cửu Long và Đông Nam Bộ. Đó là những bề mặt có cao độ biến đổi từ 10 đến
100m, cao độ tăng dần về phía Bắc và Đông Bắc, gồm hai dải kéo dài theo hướng TB – ĐN.
Dải Đông Bắc rộng từ 20 đến 30km, bao lấy cao nguyên Xuân Lộc, Linh Lộc và các đồng
bằng đồi bóc mòn. Dải Tây Nam có chiều rộng 60km, cao độ bề mặt thay đổi từ 8 đến 30km.
Địa hình được cấu tạo từ trầm tích aluvi.
- Đồng bằng thấp tích tụ ở trung tâm trũng giữa núi: Ở Việt Nam dạng địa hình này gặp
khá phổ biến. Điển hình là hai đồng bằng lớn là đồng bằng tích tụ Bắc Bộ và đồng bằng tích
tụ Nam Bộ
- Đồng bằng tích tụ Bắc Bộ: có diện tích 22000km 2, được cấu tạo từ trầm tích tam giác
châu và trầm tích biển. Bề mặt bằng phẳng, cao độ bề mặt giảm dần về phía biển, góc dốc từ 1
đến 20. Trên đồng bằng còn sót lại các lòng sông cổ, các cồn đất ven lòng sông, các bồn trũng
khép kín, các cồn cát ven biển. Đồng bằng Bắc Bộ đã và đang được con người cải tạo và khai
thác như xây dựng các công trình thủy lợi, đường xá, cầu cống, canh tác… nên các vùng đầm
lầy đã được tháo khô. Do có hệ thống đê điều ngăn cách nên các trầm tích trẻ chủ yếu được
bồi nắng ở ngoài đê, phần lớn phù xa được đưa ra biển. Hàng năm đồng bằng lấn ra biển từ 80
– 100m.
17


- Đồng Bằng tích tụ sông Cửu Long: Đồng bằng nằm ở phía Tây Nam Bộ, thuộc châu thổ
sông Mê Kông, có diện tích lớn, bề mặt thoải, cao độ thấp hơn so với đồng bằng Bắc Bộ, phía
Bắc và Tây Bắc còn sót lại một vài núi sót, được cấu tạo bởi đá magma xâm nhập granit. Ở
phía Đông Nam của đồng bằng nổi lên rất nhiều cồn đất cổ, chạy song song với bờ biển. Cấu
tạo nên đồng bằng này là các trầm tích trẻ Holoxen. Do mới được thành tạo nên mật độ nén

chặt thấp, bán đảo Cà Mau hàng năm cũng lấn ra biển chừng 80m. Đồng bằng sông Cửu Long
có nhiều đầm lầy như: Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên, U Minh. Mạng lưới kênh rạch
chằng chịt. Trên đồng bằng dọc theo các sông không có hệ thống đê, hàng năm vào mùa lũ,
nhiều nơi trên phạm vi đồng bằng bị ngập nước.
- Đồng bằng tích tụ ven biển: Kiểu địa hình này chiếm diện tích hẹp, phân bố không liên
tục dọc bờ biển miền Trung, do các sông bồi tụ mà thành. Các đồng bằng này được cấu tạo
bởi các trầm tích trẻ có nhiều nguồn gốc khác nhau: lũ tích, bồi tích.

Hình 1.4: Bản đồ địa hình Việt Nam

18


1.1.2.4.

Địa mạo và các công trình xây dựng

Địa hình trong thiên nhiên rất đa dạng, nhưng tại một thời điểm nào đó có thể đạt đến một
trạng thái cân bằng động học. Sự cân bằng này không ổn định và có thể bị biến đổi rất nhanh,
dưới tác dụng của các yếu tố tự nhiên và con người. Vì vậy, việc nghiên cứu địa mạo trong
xây dựng công trình là rất cần thiết. Dựa vào đó tiến hành quy hoạch, xây dựng các thành phố,
các công trình thủy lợi, giao thông…Địa hình quyết định rất lớn đến việc lựa chọn hình dáng
kết cấu công trình, phương án thi công, giá thành xây dựng, khai thác sử dụng công trình.
Khi quy hoạch xây dựng đường phố, các khu công nghiệp nên lợi dụng địa hình tự nhiên
để tránh đào đắp quá nhiều. Tùy các dạng địa hình (đồng bằng, đồi hay núi) mà có các quy
hoạch thích hợp, cần chú ý đến hoạt động địa chất của nước mặt, của các dòng sông khi xây
dựng cầu cống, các công trình khác.
Khi xây dựng cầu cống, thường chọn nơi có thung lũng hẹp để khối lượng xây dựng của
công trình là nhỏ nhất. Nên tìm chỗ mặt cắt thung lũng sông đối xứng để dễ thiết kế và thi
công.

Với các công trình giao thông thì tùy theo địa hình mà lựa chọn cho phù hợp, có thể làm
đường tại thung lũng, trên sườn dốc hay trên đỉnh núi và trong những trường hợp cần thiết, có
thể làm các đường hầm giao thông. Tại mỗi vị trí, việc thiết kế và thi công sẽ có những đặc
điểm riêng để đảm bảo việc thi công thuận lợi, công trình được ổn định lâu dài.
1.2.

CÁC LOẠI ĐÁ

1.2.1. KHÁI NIỆM VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT TẠO ĐÁ
1.2.1.1.

Khái niệm khoáng vật và các khoáng vật tạo đất đá

Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của địa chất công trình là đất đá. Đất đá được tạo nên từ
một hay nhiều khoáng vật khác nhau. Do vậy, trước khi nghiên cứu đất đá, chúng ta phải
nghiên cứu khoáng vật.

Hình 1.5: Khoáng vật tạo đất đá

Khoáng vật là những đơn chất hay hợp chất của các nguyên tố hóa học tự nhiên hay các
nguyên tố tự sinh được hình thành do các quá trình hoá lý khác nhau của vỏ Trái Đất hay trên

19


mặt đất. Khoáng vật có thể ở thể khí (khí CO 2, H2S…), thể lỏng (nước, thuỷ ngân…) nhưng
phần lớn ở thể rắn (thạch anh, felspat…) và có trạng thái kết tinh.
Trong tự nhiên đã thống kê được sự tồn tại của gần 3000 khoáng vật. Và trong số đó chỉ có
hơn 50 loại tham gia chủ yếu vào thành phần các đất đá, gọi là các khoáng vật tạo đất đá. Đó
cũng là đối tượng nghiên cứu chính của chúng ta ở đây.

1.2.1.2.

Một số đặc tính của khoáng vật

a) Trạng thái vật lý
Khoáng vật có thể tồn tại ở trạng thái kết tinh hay vô định hình. Đa số các khoáng vật ở
trạng thái kết tinh.
Khoáng vật kết tinh: các nguyên tử hay ion được xắp xếp theo một trình tự nhất định, tạo
thành mạng lưới không gian. Do vậy khoáng vật có hình dáng bên ngoài nhất định, tùy theo
cấu tạo của mạng không gian mà khoáng vật có tính chất đẳng hướng (tính chất theo các
phương là như nhau) hay dị hướng (tính chất theo các phương khác nhau là khác nhau). Ví
dụ: khoáng vật thạch anh, calcit, halit, thạch cao, pyrit…
Khoáng vật vô định hình không có cấu trúc mạng tinh thể không gian nên khoáng vật
không có hình dáng bên ngoài nhất định, khoáng vật có tính chất đẳng hướng (tính chất theo
mọi phương có thể coi như bằng nhau). Trong thực tế có rất ít khoáng vật vô định hình nên có
thể coi đây là một trong các dấu hiệu để nhận biết khoáng vật. Ví dụ khoáng vật opal…
b) Hình dáng tinh thể
Theo hình dạng phát triển của khoáng vật trong không gian, có thể chia ra:
- Loại hình phát triển theo một phương: tinh thể có hình trụ, hình que, hình kim … như
khoáng vật thạch anh (Hình 1.6a), amphibol…đá chứa khoáng vật hình que, sợi thường kém
giòn, tính dị hướng cao,
- Loại hình phát triển theo hai phương: tinh thể có dạng tấm, vẩy, lá…như khoáng vật mica
(Hình 1.6b), thạch cao, barit… đá chứa khoáng vật dạng tấm thì giòn, có cấu tạo phiến, lớp
điển hình.
- Loại hình phát triển theo ba phương: tinh thể có dạng hạt, cục như khoáng vật halit (Hình
1.6c), pyrit, granat, đá chứa khoáng vật dạng hạt dễ đồng nhất, đẳng hướng trong nhiều tính
chất vật lý, hóa học.

a,

b,

c,

Hình 1.6: Hình dáng tinh thể một số khoáng vật

20


c) Màu và vết vạch
- Màu của khoáng vật do thành phần hoá học và các tạp chất trong nó quyết định.
Khoáng vật chứa nhiều Fe, Mg thường có màu sẫm còn khoáng vật chứa nhiều Si, Al thì
có màu sáng;
Một số khoáng vật có màu khá ổn định như sulfur có màu vàng, azurite có màu xanh da
trời, malachite có màu xanh lá cây;
Khi lẫn các tạp chất, khoáng vật sẽ có màu khác nhau như thạch anh là khoáng vật có
nhiều màu: không màu, trắng sữa, hồng, tím, đen, vàng…
- Vết vạch: khi vạch một khoáng vật lên tấm sứ nhám, chúng để lại vết vạch có màu đặc
trưng cho bột khoáng vật ấy.
Thường màu của khoáng vật và màu vết vạch khác nhau: hematit có màu vàng xám nhưng
vết vạch lại có màu đỏ, pritit màu vàng thau nhưng vết vạch lại màu đen.
Đôi khi màu vết vạch và màu khoáng vật giống nhau như: manhetit cùng có màu đen, thần
sa cùng có màu đỏ.
Nhìn chung, màu của vết vạch ít thay đổi so với màu của khoáng vật, nên đây là một dấu
hiệu đáng tin cậy để nhận biết khoáng vật, người ta thường dùng cặp màu và vết vạch để nhận
biết khoáng vật.
d) Độ trong suốt và ánh
- Độ trong suốt của khoáng vật là khả năng cho ánh sáng xuyên qua của khoáng vật. Cấu
trúc tinh thể và các tạp chất trong khoáng vật là yếu tố quyết định sự trong suốt của khoáng
vật. Dựa vào mức độ trong suốt của khoáng vật người ta chia ra các loại:

Trong suốt: topaz, muscovite, thạch anh (hình 1.7a).
Bán trong suốt: thạch cao, sphalerit, calcite (hình 1.7b).
Không trong suốt: pyrit, magnesit, graphit (hình 1.7c).

a,

b,

c,

Hình 1.7: Độ trong suốt của một số khoáng vật

- Ánh của khoáng vật là sự phản xạ màu sắc trên mặt khoáng vật khi ánh sáng chiếu vào.
Người ta xác định ánh trên những mặt vỡ còn mới và bằng phẳng của khoáng vật.Các khoáng
vật tạo đá có các ánh đặc trưng sau:

21


Ánh kim: là ánh của các kim loại điển hình như vàng, bạc, đồng, chì, nhôm…khó mô tả
nhưng dễ nhận biết.
Ánh phi kim: phức tạp hơn và chỉ nhận biết được một số loại như ánh thủy tinh của thạch
anh, calcit, fenpat, anhidrit…, ánh xà cừ như mica…, ánh mỡ như talc…, ánh ađamantin như
kim cương…

a, Khoáng vật Pyrit có ánh kim

b, Khoáng vật calcit có ánh thủy tinh

Hình 1.8: Ánh của một số khoáng vật

e) Tính dễ tách (tính cát khai)
- Tính dễ tách là khả năng tinh thể và các hạt kết tinh (mảnh của tinh thể) dễ bị tách ra theo
những mặt phẳng song song khi chịu tác dụng của ngoại lực. Mặt tách thường song song với
những mặt mạng tinh thể có khoảng cách lớn với nhau, ở đó liên kết giữa chúng là yếu nhất.
Tính dễ tách có thể chia theo các mức độ sau:
Rất hoàn toàn: tinh thể có khả năng tách theo các mặt tách một cách dễ dàng, tạo thành các
tấm mỏng như khoáng vật mica…hình 1.9a.
Hoàn toàn: lấy búa đập nhẹ sẽ vỡ theo các mặt tương đối phẳng, ví dụ như calcit… hình
1.9b.
Trung bình: trên những mặt vỡ của tinh thể vừa thấy những mặt tách tương đối hoàn chỉnh,
vừa thấy vết vỡ không bằng phẳng theo các phương khác nhau, ví dụ như pyroxene (hình
1.9c), amphibon…
Không hoàn toàn: khó thấy mặt tách mà thường là vết vỡ không theo quy tắc nào, ví dụ
như thạch anh, olivin (hình 1.10d)…vì vậy còn gọi là tính không tách của khoáng vật.

22


a, Khoáng vật mica

b, Khoáng vật calcit

c, Khoáng vật pyroxen

c, Khoáng vật olivin

Hình 1.9: Tính dễ tách của một số khoáng vật

f) Vết vỡ

Vết vỡ là mặt vỡ không theo quy tắc của khoáng vật khi bị đập vỡ. Theo hình dáng vết vỡ
có thể chia thành:
- Vết vỡ phẳng: vỡ theo các mặt dễ tách.
- Vết vỡ dạng vỏ sò: vết vỡ tạo thành hàng loạt vòng cung nhỏ như vỏ sò, ví dụ như vết vỡ
của thạch anh.
- Vết vỡ nham nhở: bề mặt vết vỡ lởm chởm, không bằng phẳng, khó chạm vào, ví dụ như
vết vỡ của đồng, bạc.
- Vết vỡ dạng đất: vết vỡ tựa như đất bột, ví dụ như vết vỡ của kaolinit.
Như vậy mặt dễ tách cũng chính là một mặt vỡ của khoáng vật.
g) Độ cứng
Độ cứng là khả năng chống lại tác dụng lực cơ học bên ngoài (khắc, vạch) lên bề mặt của
khoáng vật. Kiến trúc và sự liên kết giữa các chất điểm của khoáng vật ảnh hưởng đến độ
cứng của khoáng vật. Sự liên kết càng chắc thì độ cứng càng cao. Đa số các khoáng vật tạo đá
có độ cứng nhỏ hơn 7.

23


Để đánh giá độ cứng tương đối của khoáng vật, người ta thường dùng thang độ cứng tương
đối, do nhà bác học người Đức Friedrich Mohs đưa ra năm 1812. Trong thang này có 10
khoáng vật chuẩn tương ứng với cấp độ cứng thay đổi từ 1 đến 10. Đầu nhọn của khoáng vật
đứng sau có thể vạch (rạch) được tất cả các khoáng vật đứng trước nó.
Bảng 1.3: Bảng phân cấp độ cứng theo thang Mohs
Độ cứng
tương đối (tuyệt
đối)
1 (1)
2 (2)
3 (9)
4 (21)

5 (48)
6 (72)

Tên và công thức của khoáng vật
mẫu

Đặc điểm độ cứng

Mg3(Si4O10)(OH)2
CaSO4.2H2O
CaCO3
CaF2
Ca5(PO4)3.F
K(AlSi3O8)

Rạch dễ dàng bằng móng tay
Rạch được bằng móng tay
Rạch dễ dàng bằng dao thép
Rạch bằng dao thép khi ấn nhẹ
Rạch bằng dao thép khi ấn mạnh
Làm xước kính

7 (100)

Tan
Thạch cao
Canxit
Fluorit
Apatit
Octoclas

felspat
Thạch anh

SiO2

8 (200)

Topaz

Al2(SiO4)(F,OH)2

Rạch được kính theo mức độ tăng
dần

9 (400)

Corindon

Al2O3

10 (1500)

Kim cương

C

Độ cứng của vật liệu được đo bằng cách tìm hai loại vật liệu mà nó có thể làm trầy được và
bị làm trầy. Ví dụ: nếu một vật liệu nào đó bị apatit (có độ cứng là 5) làm trầy xước nhưng
không bị làm trầy bởi đá fluorit (có độ cứng là 4), thì độ cứng trong thang Mohs sẽ là 4,5.
Trong thực tế có thể xác định độ cứng tương đối của khoáng vật bằng các phương tiện đơn

giản như móng tay có độ cứng 2,5; đồng xu bằng đồng có độ cứng 3,5; một lưỡi dao là 5,5;
thủy tinh cửa sổ là 5,5, một thanh thép là 6,5. Sử dụng những vật liệu có độ cứng đã được biết
trước sẽ cho chúng ta biết chính xác vị trí của vật liệu trên thang đo Mohs.
h) Tỷ trọng
Tỷ trọng của khoáng vật phụ thuộc vào thành phần hóa học, cấu trúc của tinh thể và thay
đổi trong phạm vi khá lớn, các khoáng vật tạo đá có tỷ trọng từ 2,5 đến 3,5. Theo tỷ trọng,
khoáng vật được chia thành 3 nhóm:
- Nhẹ: khi tỷ trọng < 2,5 như thạch cao, graphit…
- Trung bình: khi tỷ trọng từ 2,5 đến 4 như canxit, thạch anh, corindon…
- Nặng: khi tỷ trọng > 4 như pyrit, magnetit…
Ngoài các tính chất trên, khoáng vật còn có một số tính chất vật lý khác như: từ tính, đàn
hồi, tính uốn cong, tính dẻo…Đó là những dấu hiệu để nhận biết khoáng vật cũng như quyết
định các tính chất vật lý, cơ học của đá.
1.2.1.3. Phân loại khoáng vật và mô tả một số khoáng vật tạo đá chủ yếu
a) Phân loại khoáng vật

24


* Theo vai trò chủ yếu hay thứ yếu, tùy theo thành phần chiếm đa số hay chỉ là một phần
nhỏ mà chia ra thành khoáng vật tạo đá chính hay phụ.
* Theo nguồn gốc hình thành, khoáng vật được chia thành khoáng vật nguyên sinh được
tạo thành do sự nguội lạnh của magma hay kết tủa từ dung dịch và khoáng vật thứ sinh được
tạo thành từ các khoáng vật nguyên sinh khác.
* Theo thành phần hóa học, các khoáng vật được chia thành từng lớp, mỗi lớp lại chia
thành nhiều nhóm. Dưới đây sẽ liệt kê một số khoáng vật chủ yếu trong các lớp.
b) Một số khoáng vật tạo đá chủ yếu
* Lớp silicat là lớp khoáng vật lớn nhất và quan trọng nhất trong các lớp khoáng vật tạo đá,
chiếm khoảng 90% vỏ Trái Đất. Đặc trưng của lớp khoáng vật này là cấu trúc của gốc silicat,
các khoáng vật trong nhóm này đều chứa silic và ôxy, gồm 4 nhóm sau:

- Nhóm alumosilicat (felspat): Felspat là alumosilicat K, Na và Ca tạo thành khi magma
kết tinh được chia thành:
Tên
Plagioclas
(felspat Na
– Ca)

Orthorclas
(felspat K)

Công thức

Tinh
thể

Màu

Ánh

Cát
khai

thuỷ
tinh

hoàn
toàn

(Na2O.Al2O3.6SiO2)
và (CaO.Al2O3.2SiO2)

dạng
tấm

trắng,
trắng
xám
xanh

(K2O.Al2O3.6SiO2)

dạng
hạt,
tấm
dày

hồng
thịt,
trắng,
xám

thuỷ
tinh

hoàn
toàn

Độ
cứng

Tỷ
trọng

6÷6,5

2,6÷
2,7

tan
trong
axit

2,6

không
tan
trong
axit

6÷6,5

Tính
tan

- Nhóm orthorsilicat:
Tên

Công thức

Tinh

thể

Olivin

[2(Mg,Fe)O.SiO2]

dạng
hạt

[Al2(F,OH)2SiO4]

tập
hợp
khối
hạt

Topaz

Màu
xanh
ôliu,
nâu
xanh
,
vàng
,
hồng

Ánh
thuỷ

tinh

thuỷ
tinh

Cát
khai
không
hoàn
toàn
hoàn
toàn

Độ
cứng

Tỷ
trọng

6,5÷7

3,3÷3,4

8

3,4÷3,6

Tính
tan
tan

trong
H3PO4

,,

25