Bài giảng Địa chất công trình

ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH

Nội dung:


Giáo trình và tài liệu tham khảo:



1. Trường Đại học Thuỷ lợi, Địa chất cơng trình, NXB
Xây dựng, 2002



2. Bộ môn Địa kỹ thuật – Trường Đại học Thủy lợi, Cơ sở
địa chất cơng trình và môi trường, NXB Khoa học tự
nhiên và công nghệ, 2010
3. Alan E.Kehew, bản dịch: Địa chất học cho kỹ sư xây
dựng và cán bộ kỹ thuật môi trường, NXB Giáo dục, 1998
4. GVC. Nguyễn Uyên, PGS. TS. Trịnh Minh Thụ - Sổ tay
Địa chất thủy văn, 2012








Chương 1. Các loại đất đá và địa tầng
Chương 2. Các hiện tượng địa chất ngoại

sinh
Chương 3. Các hiện tượng địa chất nội sinh
Chương 4. Những đặc trưng kỹ thuật của đất
và đá
Chương 5. Nước dưới đất và ảnh hưởng của
nó đến xây dựng cơng trình
Chương 6. Khảo sát địa chất cơng trình
Chương 7. Địa chất và xây dựng

5. />
There are three
Types of rocks

Chương 1
CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT
VÀ ĐỊA TẦNG

4

Nội dung nghiên cứu:
1.

Quá trình magma và sự hình thành đá magma

2.

Quá trình trầm đọng và sự hình thành đá trầm tích

3.

Q trình biến chất và sự hình thành đá biến chất

4.

Địa tầng và thời gian địa chất

§1.1 ĐÁ MAGMA

1


Nội dung nghiên cứu:
1.

Quá trình magma và sự hình thành đá magma

2.

Phân loại đá magma

3.

Thành phần khoáng vật của đá magma

4.

Kiến trúc, cấu tạo của đá magma

5.

Thế nằm của đá magma

I/ Quá trình magma và sự hình thành đá magma:



1. Sự hình thành
đá magma:
Dung dịch magma
sinh ra trong lịng
đất, tại những nơi
gọi là lò magma
(magma pool), đi lên
(rising) và mất nhiệt,
nguội lạnh và đông
cứng tạo đá magma.





Dung dịch magma là những dung dịch silicate
nóng chảy được hình thành trong lịng đất (30150km), có chứa hầu hết tất cả các nguyên tố,
kể cả các chất dễ bay hơi, hơi nước
Dung dịch magma được phát sinh do nhiệt độ
tăng lên đột ngột (do các phản ứng phân rã hạt
nhân hoặc do va chạm các lục địa)
Khi magma đâm thủng quả đất, chảy trên mặt
đất thì được gọi là dung nham.

Sự hình thành:
- Lò magma
- Dung dịch magma
- Dung nham
- Nhiệt độ

2


2. Phân loại đá magma: Thành phần hóa học, thành phần khoáng

vật, điều kiện thành tạo và các tác động thứ sinh trong q trình tồn tại
của đá magma có ý nghĩa quan trọng, quyết định các đặc tính vật lý, cơ
học của chúng. Dựa trên các cơ sở đó người ta chia đá magma ra các loại
khác nhau.
a. Theo điều kiện thành tạo
Đá magma xâm nhập

Xâm nhập sâu

Xâm nhập nông
Đá magma phun trào

Phun trào cổ

Phun trào trẻ
b. Theo thành phần hóa học (dựa vào hàm lượng SiO2)
Đá magma axit:
SiO2>65%
Đá magma trung tính:

SiO2=55% ÷ 65%
Đá magma bazơ:
SiO2=45% ÷ 55%
Đá magma siêu bazơ:
SiO2<45%

II. Thành phần khoáng vật của đá magma
Khoáng vật là những vật thể ở trạng thái rắn, có các tính
chất vật lý đồng nhất, có thành phần hóa học xác định, thường là
một kiểu phân tử hóa học hoặc hỗn hợp đồng nhất của vài ba kiểu
phân tử hóa học trong một giới hạn hẹp. Khống vật thơng
thường có thể ở trạng thái kết tinh, nhưng cũng có thể ở trạng thái
vơ định hình. Khống vật là thành phần của các loại đá cấu tạo
nên vỏ Trái đất (từ điển Bách khoa tồn thư)
Thạch anh, SiO2

Dạng kết tinh: hình thành do sự kết tinh của các nguyên
tố hóa học thành những tinh thể gắn kết lại với nhau.
Đặc điểm: có nhiệt độ nóng chảy nhất định, tới nhiệt độ
đó vật chất chuyển sang dạng lỏng và thu nhiệt.
Dạng vô định hình: các phân tử vật chất tạo thành
khống vật khơng sắp xếp theo một trật tự có tính quy
luật trong không gian (hay không tạo thành mạng tinh
thể). Đặc điểm: có tính đẳng hướng, khi nung nóng
trạng thái thay đổi từ từ, mềm dần rồi chuyển sang trạng
thái lỏng

Muscovite (Mica), KAl2[Si3O10](OH)2

1. Thành phần

khoáng vật chủ yếu:
-Orthoclase: 40%
-Thạch anh: 33%
-Plagioclase: 13%
-Mica: 9%
-Hornblende: 5%
2. Thành phần
khoáng vật thứ yếu:
zircon, tuarmaline…
3. Khoáng vật thứ
sinh: xerixit, clorit,
kaolinite…

* Về nguồn gốc thành tạo, các khoáng vật tạo đá được phân
ra:
-Khoáng vật nguyên sinh: là những khống vật hình thành từ
các phần tử cơ bản trong các q trình magma, trầm tích và
biến chất
-Khống vật thứ sinh: thành tạo ở các thời gian sau, do sự
biến đổi của khoáng vật nguyên sinh
* Khoáng vật của đá magma cịn được chia:
-Khống vật sáng màu (nhóm Salic): thạch anh, feldspar…
-Khống vật sẫm màu (nhóm Femic): amfibole, pyroxen và
biotite…
Các khoáng vật nội sinh, nguyên sinh, chủ yếu là khoáng vật
lớp silicate. Các khoáng vật sinh sau do kết tủa từ dung dịch
lưu thông trong kẽ nứt, lỗ hổng của đá magma – hàm lượng
không đáng kể.

3



Đặc điểm chung của khoáng vật tạo đá magma:
- Là khoáng vật nội sinh
- Là khoáng vật nguyên sinh
- Dễ bị biến đổi trong điều kiện mơi trường
Tên khống vật
Thạch anh
Feldspar
Muscovite
Biotite
Mafics

Thành phần
SiO2
(K,Na,Ca)(Al,Si)4O8
KAl2AlSi3O10(OH)2
K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2
Mg-Fe silicates

Khoáng vật sẫm màu

III. Kiến trúc, cấu tạo của đá magma

Khoáng vật sáng màu



Theo mức độ kết tinh








1. Kiến trúc đá: hình dáng, kích thước của các tinh thể
khoáng vật, quan hệ giữa chúng với nhau và với thủy
tinh (từ điển Bách khoa toàn thư)
Kiến trúc bao gồm những dấu hiệu quy định bởi trình
độ kết tinh, kích thước, hình dáng của các tinh thể, quan
hệ tương hỗ giữa chúng với nhau và giữa chúng với thủy
tinh



Kiến trúc tồn tinh: Các khống vật đều kết tinh,
có mặt phân tách rõ rệt, có thể thấy bằng mắt thường



Kiến trúc thủy tinh: các khống vật khơng kết tinh,
ở dạng vơ định hình

Theo GT BM: Hạt lớn (>5mm); hạt vừa (5-2mm); hạt
nhỏ (2-0,2mm); hạt mịn (<0,2mm)

Kiến trúc ban tinh (poocfia): một số khoáng vật
lớn nổi lên trên nền các tinh thể hạt nhỏ hoặc khơng
kết tinh
Kiến trúc ẩn tinh: các khống vật kết tinh hạt bé,
không thấy được bằng mắt thường

Theo kích thước hạt



Theo Tony Waltham: Hạt lớn (>2mm); hạt vừa (0,12mm); hạt mịn ( <0,1mm)



Theo mức độ đồng đều giữa các hạt


Kiến trúc hạt đều: khi các hạt có kích thước gần như
nhau



Kiến trúc hạt không đều: khi các hạt to nhỏ khác
nhau

4


Kiến trúc ban tinh (poocfia)

Kiến
trúc
tồn
tinh

Khống vật nền

Kiến trúc ẩn tinh

Khống vật kết tinh

Kiến trúc thủy tinh

Mức độ kết tinh

Theo kích thước hạt khống vật
Tồn tinh

Ẩn tinh

Ban tinh

Thuỷ tinh

5


2. Cấu tạo:
Cấu tạo là toàn bộ các dấu hiệu về cấu trúc của đá
hoặc quặng, do sự sắp xếp và phân bố các khoáng vật

tạo nên (từ điển Bách khoa toàn thư)


Theo sự định hướng của các thành phần khống vật
trong khơng gian


Cấu tạo khối (cấu tạo đồng nhất): theo bất kỳ hướng



Cấu tạo dịng (cấu tạo dải): khống vật tập hợp theo

Theo mức độ lỗ hổng
 Cấu tạo đặc sít: trong đá khơng có lỗ rỗng
 Cấu tạo lỗ rỗng: trong đá tồn tại các lỗ rỗng
 Cấu tạo xốp: trong đá tồn tại rất nhiều lỗ rỗng
 Cấu tạo hạnh nhân: các lỗ rỗng được lấp đầy
bởi khoáng vật thứ sinh

nào, thành phần khoáng vật của đá cũng như nhau
dạng dải vì được định hướng theo sự di chuyển của
dòng dung nham

IV. Thế nằm của đá magma

Thế nằm của đá là vị thế phân bố trong không gian của lớp
đá, của thể địa chất (VD: thế nằm ngang, thế nằm nghiêng), hoặc
mối tương quan trong phân bố của chúng với các lớp hoặc ác đá
xung quanh (VD: thế nằm chỉnh hợp, thế nằm bất chỉnh hợp) (từ

điển Bách khoa toàn thư)
 Thế nằm của đá xâm nhập
 Dạng nền: kích thước rất lớn, đá vây quanh khơng bị biến
đổi thế nằm, ranh giới dưới không xác định được
 Dạng nấm: dạng hình nấm, kích thước nhỏ hơn dạng nền,
đá vây quanh phía trên bị uốn cong
 Dạng mạch: do magma xâm nhập vào các khe nứt, cắt qua
tầng đá vây quanh, kéo dài
 Dạng lớp: do magma xâm nhập vào khe nứt mặt lớp đá có
trước, đơng cứng như một lớp đá vây quanh



Thế nằm của đá phun trào
 Dạng vịm: khi magma nhớt, đơng cứng ngay tại chỗ phún xuất
 Dạng dịng chảy: khi địa hình thuận lợi, magma linh động chảy
thành dòng
 Dạng lớp phủ: khi magma phun theo hệ thống khe nứt, phủ
trên diện rộng

Đá magma
xâm nhập

Đá magma
phun trào

Dạng nền
Dạng nấm
Dạng mạch
Dạng lớp

Dạng vòm
Dạng lớp phủ
Dạng dòng chảy

Thế nằm của đá magma
Dạng dòng

Dạng vòm

Dạng nền Dạng lớp

Dạng lớp phủ

Dạng mạch

Dạng nấm

6


Thế nằm dạng mạch của đá xâm nhập

Thế nằm dạng lớp của đá magma xâm nhập

Thế nằm dạng vòm của đá phun trào

Thế nằm dạng lớp phủ
Thế nằm đá
magma

phun trào,
dạng lớp
phủ, khi
magma
phun theo
hệ thống kẽ
nứt kéo dài,
phủ trên
diện rộng

Thế nằm dạng lớp phủ

Thế nằm dạng dòng chảy




Photograph by J.D. Griggs
on 31 January 1984
Basalt lava erupts from Pu`u
`O`o spatter and cinder cone
at Kilauea Volcano,
Hawai`i. Lava spilling from
the cone has formed a series
of `a`a lava channels and
flows.

7

Granite—light-colored plutonic rock—is the
signature stone of Joshua Tree National Park.

Đây là khối granite ở cơng viên quốc gia Joshua
Tree. Nó là đá xâm nhập hay phun trào?

Phần đá màu hồng là đá magma. Hỏi, nó là đá xâm nhập hay
phun trào? Trên cơ sở nào, bạn chọn phương án trả lời đó?

Thế nằm dạng mạch của đá xâm nhập

Mối liên quan giữa điều kiện hình thành và kiến trúc của đá

Sự liên quan giữa điều kiện hình thành và kiến trúc của đá
Tên đá

Điều kiện
hình thành

Thế nằm

ĐK nguội
lạnh

Kiến trúc

Kích
thước hạt

Rhyolite

Basalt

phun trào

vịm (rhyolit)
lớp phủ
(basalt)

nhanh

thuỷ tinh,
ẩn tinh
hạt mịn

<0⋅1 mm

Porphyry

Dolerite

Xn nơng

dạng mạch

vừa

ban tinh
hạt vừa

0⋅1–2 mm

Granite

Gabbro

Xn sâu

dạng nền

chậm

tồn tinh
hạt thơ

>2 mm

70%
acid
nhớt
sáng
chậm

50%
basic
lỏng
tối
nhanh

lượng SiO2

loại đá
độ nhớt
màu sắc
khả năng bị phong hoá

Mức độ kết tinh của khoáng vật phụ thuộc điều kiện
đông nguội của dung nham
 Ở dưới sâu do tính dẫn nhiệt của đá kém, quá trình đơng
nguội của dung nham kéo dài, các tinh thể có đủ thời gian
để lớn lên. Do vậy, đá xâm nhập thường có kiến trúc tồn
tinh hạt lớn và đều hạt
 Ở gần mặt đất và trên mặt đất, điều kiện tỏa nhiệt tốt và
áp suất thấp nên dung nham nguội lạnh rất nhanh, các
tinh thể khơng kịp hình thành, chỉ hình thành các tinh thể
nhỏ hoặc chỉ kết tinh được một số khống vật có nhiệt độ
kết tinh cao. Do vậy, kiến trúc ẩn tinh, thủy tinh, poocfia
đặc trưng cho xâm nhập nông và đá phun trào, đặc biệt
kiến trúc thủy tinh thường thấy khi dung nham phun trào
ở đáy biển

8


Hình ảnh một số loại đá magma

Một số hình ảnh đá magma
Đá basalt ngoài thực địa

Rhyolite is a light-colored, finegrained, extrusive igneous rock
that typically contains quartz and

feldspar minerals.

Porphyry is a name used for any
igneous rock with conspicuous
larger grains floating in a finegrained groundmass.

Một mẫu đá basalt nhìn gần

Basalt: a fine-grained igneous rock that is usually black in color. The
specimen shown is about two inches (five centimeters) across.

Ý nghĩa của việc nghiên cứu thế nằm đá magma trong
xây dựng cơng trình thủy lợi

Một số hình ảnh đá magma



Ảnh hưởng đến tính ổn định của cơng trình



Ảnh hưởng đến tính thấm nước của đất đá



Ảnh hưởng đến khả năng khai thác các loại vật liệu
xây dựng thiên nhiên…



Gabbro is a coarse-grained,
dark colored, intrusive igneous rock
that contains feldspar, augite and
sometimes olivine. The specimen
shown is about two inches (five
centimeters) across

Granite is a coarse-grained, lightcolored plutonic rock, composed
mainly of quartz and feldspar with
minor amounts of micas, amphiboles
and other minerals.

Yêu cầu




Đọc giáo trình kết hợp các slides tìm kiếm các thơng
tin:
 Giải thích sự hình thành của đá magma
 Ảnh hưởng của điều kiện hình thành đến các đặc
trưng (kiến trúc, cấu tạo, thế nằm) và tính chất của
đá
 Các đặc trưng: thành phần khống vật, kiến trúc,
cấu tạo, thế nằm của đá
Giải thích được sự ảnh hưởng của thành phần khoáng
vật đến các đặc trưng, tính chất của đá.

§1.2. ĐÁ TRẦM TÍCH

9


Nội dung nghiên cứu:
1.Sự hình thành đá trầm tích
2.Phân loại đá trầm tích
3.Thành phần khống vật tạo của đá trầm tích
4.Cấu tạo, kiến trúc đá trầm tích
5.Thế nằm của đá trm tớch

á trầm tích

Trầm tích vụn cơ học

Trầm tích
mềm rời

đất
không
dính

Trầm tÝch
vơn keo kÕt

®Êt
dÝnh

I.
1.

Sự hình thành đá trầm tích
Định nghĩa

Đá trầm tích là loại đá được hình thành trên bề mặt
đất, do q trình trầm đọng và tích tụ các loại vật liệu phá
hủy từ đá có trước hoặc do tích đọng xác sinh vật.

2. Quá trình hình thành đá trầm tích:
•
•
•

Trầm đọng từ mảnh vụn phong hóa
Giai đoạn phá hủy đá có trước, tạo vật liệu trầm tích
Giai đoạn vận chuyển và trầm đọng
Giai đoạn keo kết, hóa đá
Trầm đọng do kết tủa: đá vôi, dolomite, thạch cao…
Trầm đọng từ xác sinh vật: than đá, san hơ, đá vơi vỏ
sị…

a. Trầm đọng từ mảnh vụn phong hố

TrÇm tÝch sinh hãa

TrÇm tÝch
hãa häc

TrÇm tÝch
sinh häc

Vật liệu vận
chuyển: hồ tan,
lơ lửng, xơ lăn,
kéo lê
Trầm đọng theo
quy luật tuyển lựa
theo đường kính
hạt: Vận chuyển
càng đi xa kích
thước hạt trầm
đọng càng nhỏ
dần, hạt càng tròn
cạnh

10


Các q trình phát triển trong giai đoạn hố đá để
hình thành đá trầm tích
Xảy ra 3 q trình chuyển hoá để hoá đá:
 Nén chặt
 Keo kết xi măng hoá
 Vật chất xi măng: silic, oxyd sắt, calcite, sét,
trong đó silic là chất gắn kết tốt nhất
 Kết tinh
Làm cho đất mềm rời biến thành đá: cuội, sỏi, cát,
bột, sét  cuội kết, sỏi kết, cát kết, bột kết, sét kết

b. Trầm đọng do kết tủa



Sự hình thành trầm
tích hố học:
Trong các vùng
biển kín do bốc hơi
(evaporation), nồng
độ muối tăng và kết
tủa. Nước biển từ
đại dương tiếp tục
bổ sung (mũi tên
trắng - số 2) và cứ
như vậy theo thời
gian, tích đọng nên
những lớp trầm tích
dày (evaporite
sediment). Muối
mỏ, thạch cao được
hình thành như vậy.

(3) Angularity or roundness
(antonym) is a measure of the
distance of transportation

c. Trầm đọng từ xác sinh vật


Sự hình thành trầm tích sinh vật
Lignite – than non
Anthracite – than đá

Một số loại trung gian




Trung gian giữa trầm tích vụn rời và trầm tích hố học:
 sét vơi
 vơi sét
Trung gian giữa trầm tích vụn rời và trầm tích sinh vật:
 bùn
 than bùn

11


II. Phân loại đá trầm tích
1.
2.

Trầm tích mềm rời: cuội, sỏi, cát, bột (bụi), sét
Trầm tích keo kết: cuội kết, sỏi kết, cát kết, bột
kết, sét kết

3.

Trầm tích hố học: đá vơi, đơlơmit, thạch cao,
muối mỏ

4.

Trầm tích sinh vật: than đá, san hơ, đá vơi vỏ sị

5.

Một số loại trung gian (hổn hợp): sét vôi, vôi
sét, bùn, than bùn

CONGLOMERATE AT BUKIT KELUANG

69

Than đá

Đá dolomite

Đá bột kết

Đá vôi san hô

III. Thành phần khống vật của đá trầm tích
1. Khống vật tàn dư: các khống vật của đá có
trước cịn giữ lại chưa bị biến đổi, thường là các
khoáng vật trong các mảnh vụn của trầm tích
vụn cơ học.
2. Khống vật thuần túy: là các khống vật hình
thành do sự kết tủa từ dung dịch thật. VD: thạch
cao, halite, opan. Thường là thành phần của trầm
tích hóa học và chất xi măng gắn kết trong trầm
tích keo kết

3. Khống vật thứ sinh: là những khống vật sinh
ra từ những khống vật có trước do biến đổi hóa
học.

12


Một số khống vật chính của đá trầm tích
Tên khống
vật

Thành phần

Loại
khống vật

Vai trị trong đá

Thạch anh
Muscovite
Montmorillonite

SiO2

kv tàn dư
kv tàn dư

kv của mãnh vụn
kv của mãnh vụn
kv sét

Kaolinite
Illite
Calcite
Dolomite
Thạch cao

KAl2[AlSi3O10] (OH)2

(Na,Ca)0.3(Al,Mg)2Si4O10(O kv thứ sinh
H)2 · nH2O
Al4Si4O10(OH)8
KAl4[AlSi7O20] (OH)4
CaCO3
CaMg(CO3)2
CaSO4.2H2O

kv thứ sinh
kv thứ sinh
kv thuần tuý
kv thuần tuý
kv thuần tuý

Hoá thạch động vật

kv sét
kv sét
tt. hoá học, chất xm
tt. hoá học,chất xm
tt. hoá học,chất xm

Trong thành phần của đá trầm tích, ngồi các khống vật cịn có các hố thạch

IV. Kiến trúc và cấu tạo của đá trầm tích
1. Kiến trúc của đá trầm tích

Hố thạch thực vật
Petrified wood fossil formed
through permineralization.
The internal structure of
the tree and bark are
maintained in the
permineralization process.

1.



2.



Đặc điểm chung thành
phần khống vật của đá
trầm tích:
• Khống vật thuần t
là khống vật ngun
sinh, ngoại sinh
• Bền vững trong điều
kiện mơi trường





/>
2. Cấu tạo của đá trầm tích

3.
4.

Trầm tích vụn rời - kiểu kiến trúc hạt
Hòn lớn (200mm), hạt dăm (200-20mm), hạt sạn(20-2mm),
hạt cát(2-0,05), hạt bột(0,05-0,005), hạt sét(<0,005mm)
Trầm tích keo kết - kiểu kiến trúc keo kết:
Keo kết cơ sở: các hạt nằm trong chất gắn kết không tiếp xúc
với nhau. Cường độ và tính chất của đá chủ yếu quyết định bởi
cường độ và tính chất của xi măng
Keo kết lấp đầy: các hạt tiếp xúc nhau, lỗ hổng giữa các hạt
được lấp đầy bằng các chất gắn kết
Keo kết tiếp xúc: các chất gắn kết chỉ có ở chỗ tiếp xúc giữa
các hạt; trong đá có nhiều lỗ hổng
Vật chất xi măng gắn kết đá: silic, oxyd sắt, calcite hoặc sét,
trong đó silic là chất gắn kết tốt nhất
Trầm tích hố học - kiểu kiến trúc kết tinh
Trầm tích sinh vật - gọi theo tên đá

V. Thế nằm của đá trầm tích
1.

Các loại cấu tạo của đá trầm tích bao gồm:
-Cấu tạo khối: cấu tạo có các hạt tạo đá sắp xếp lộn xộn. Cấu tạo này
làm cho đá đồng nhất, bền vững
-Cấu tạo lớp: cấu tạo đặc trưng cho đá trầm tích, các lớp có thể khác
nhau về thành phần khoáng vật, thành phần hạt, các tạp chất…phát
sinh do sự thay đổi trầm tích có chu kỳ hoặc do tích tụ gián đoạn
Cấu tạo lớp được mơ tả bằng hình vẽ trên, theo thứ tự từ trái qua phải, từ
trên xuống:
lớp mỏng; lớp dày; lớp xen kẹp; thấu kính (lense) và bướu nhỏ (nodule);
lớp xiên; lớp xiên chéo; gò; phân nhịp

Thế nằm nguyên sinh: Thế nằm hình thành trong quá
trình trầm đọng

Dạng lớp nằm ngang hoặc hơi xiên

Dạng lớp vát nhọn, dạng thấu kính

Dạng lớp xiên chéo
2. Thế nằm thứ sinh: Do chuyển động kiến tạo, đá có thế
nằm nghiêng hoặc uốn cong

Nếp uốn (nếp lồi, nếp lõm)

Phức nếp uốn (phức nếp lồi, phức nếp lõm)

Đơn nghiêng

13



Thế nằm nguyên sinh (nằm ngang) và thứ sinh (nếp
uốn) do vận động kiến tạo

Thế nằm nguyên sinh

Thế nằm nguyên sinh

Nếp uốn lõm (Syncline, eastern Tennessee)

Phức nếp uốn

Đơn nghiêng

14


Yêu cầu khi học bài đá trầm tích

Các yếu tố thể hiện thế nằm

Đường phương: chỉ
phương kéo dài của tầng
đất đá

Đường hướng dốc: chỉ
hướng đổ của đá


Góc dốc: góc nghiêng của
mặt lớp so với mặt phẳng
nằm ngang



Đường hướng dốc






Đường
dốc



§1.3. ĐÁ BIẾN CHẤT



Đọc giáo trình kết hợp slides để tìm kiếm các thơng tin về:
Ba cách hình thành đá trầm tích:
 Trầm đọng các mảnh vụn phong hoá
 Trầm đọng xác sinh vật
 Trầm đọng do kết tủa các muối
Xác định được các loại đá được hình thành do 3 cách đó và liên
quan với chúng là các đặc điểm về thành phần khoáng vật, kiến
trúc, cấu tạo, thế nằm của từng loại đá. Ví dụ, đá trầm tích vụn

rời thì sẽ có khống vật tàn dư (của mảnh vụn) và khoáng vật thứ
sinh hoặc thuần tuý (của xi măng gắn kết)...
Hiểu và nhớ được 3 giai đoạn hình thành đá trầm tích keo kết,
phân biệt với 3 q trình hố đá của chúng.
Hiểu được bản chất của quy luật trầm đọng tuyển lựa theo đường
kính hạt.
Hiểu được thế nằm nguyên sinh và thứ sinh của đá.

Nội dung:
1.
Sự hình thành đá biến chất
2.
Phân loại đá biến chất
3.
Thành phần khoáng vật của đá biến chất
4.
Kiến trúc và cấu tạo của đá biến chất
5.
Thế nằm của đá biến chất
6.
Một số loại đá biến chất chính

/>
1. Sự hình thành đá biến chất
Metamorphic Rock (đá biến chất)

•

a. Biến chất tiếp xúc: do tác nhân nhiệt độ gây ra
"Meta"= Change

"Morph"= form

chất các đá có trước dưới tác dụng của các tác nhân:

•

Khi khối magma đi lên mất nhiệt, đá vây quanh bị nung



Biến chất tiếp xúc chỉ xảy ra ở chỗ tiếp xúc của đá vây

nóng, xảy ra các q trình hố lý làm biến chất đá

+ Nhiệt độ

+ Ứng suất

quanh với khối magma. Càng ra xa mức độ biến chất

+ Áp suất

+ Dung dịch thuỷ nhiệt

càng giảm, hình thành nên một đới biến chất xung quanh

Kết quả làm thay đổi thành phần khoáng vật, kiến trúc
và cấu tạo

•



Đá biến chất được hình thành trong lịng đất do biến

khối magma dày từ vài cm đến vài km.


Quá trình biến chất bắt đầu ở nhiệt độ trên 2000C với sự
phá vỡ mạng tinh thể để hình thành khống vật mới. Q

Có 4 q trình biến chất:
a. biến chất tiếp xúc

c. biến chất động lực

trình kết thúc ở nhiệt độ trên 600-12000C khi nóng chảy

b. biến chất khu vực

d. biến chất thủy nhiệt

hoàn toàn

15


High T, Low P Metamorphism

Chiều

dày đới
biến chất
phụ thuộc
kích
thước và
nhiệt độ
khối xâm
nhập

Contact Metamorphism

b.Biến chất khu vực: tác nhân gây biến chất là nhiệt
độ và áp suất








Theo độ sâu T, P đều
tăng, đạt ngưỡng nào
đó sẽ gây biến chất đá
Độ nhiệt cấp trung
bình 33m/10C, mang
tính khu vực  độ
sâu biến chất khác
nhau theo từng khu
vực

Càng xuống sâu mức
độ biến chất càng tăng

c. Biến chất động lực: tác nhân là áp suất và nhiệt độ





Ở các vùng kiến tạo tạo núi, do lực ép kiến tạo, áp suất
tăng đồng thời nhiệt độ cũng tăng gây biến chất đá
Càng vào tâm khu vực nén ép, biến chất càng tăng
Đá nguyên thủy bị cà nát, chỉ thay đổi kiến trúc, cấu tạo
mà không biến đổi về thành phần khống vật cũng như
thành phần hóa học

d. Biến chất thuỷ nhiệt




Độ dài mũi tên biểu diễn độ lớn của áp lực

REGIONAL
METAMORPHISM occurs
during the formation of
mountain ranges. As
tectonic plates collide and
converge, compressive
stresses result in folding

of rock and thickening of
the crust, tends to push
rocks to deeper levels.
There they are subjected to
higher temperatures and
pressures.

Khi các khí và dung dịch từ khối magma xâm nhập vào
đá, xảy ra sự thay thế các nguyên tố trong các khoáng vật
tạo đá làm biến chất đá
Xảy ra trên bề mặt các kẽ nứt đá ở khu vực gần các khối
magma, phạm vi biến chất khơng lớn

Foliation

Bản chất của q trình
biến chất





Sắp xếp, định hướng lại các khống vật
Phân phiến
Kết tinh, hình thành khống vật mới
Tái kết tinh

16

2. Thành phần khoáng vật của đá biến chất


Khoáng vật tàn dư: khống vật của đá ban đầu
khơng bị biến đổi trong q trình biến chất



Khống vật thuần túy: hình thành trong q trình
biến chất – là các khống vật nội sinh.



Đặc điểm của khoáng vật của đá biến chất:


Cường độ cao



Kém ổn định trong điều kiện môi trường



Thông thường tỷ trọng cao, khơng chứa nước hoặc

Một số khống vật chính
Tên khống vật
Thạch anh
Fendspar

Muscovite
Biotite
Chlorite
Epidote

Cơng thức
SiO2
(K,Na,Ca)(AI,Si)4O8
KAl2AlSi3O10(OH)2
K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2
Mg5AI2Si3O10(OH)8
Ca2(AI,Fe)3Si3O12.OH

nghèo nước

Thành phần kv, loại đá biến đổi theo mức độ biến chất
Khoáng vật,
mức độ biến
chất, các tướng
biến chất theo
chiều sâu. Càng
xuống sâu, P,T
càng tăng, mức
độ biến chất
tăng từ phiến sét
(Slate) đến
gneiss,
migmatite

3. Kiến trúc, cấu tạo của đá biến chất

Cấu tạo
• Cấu tạo phân phiến: gây ra do sự định hướng của
khoáng vật dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh trong
quá trình tái kết tinh đá. Các khoáng vật dạng tấm,
dạng vảy sẽ sắp xếp để phương kéo dài của tinh thể
vng góc với phương áp lực
• Cấu tạo khơng phân phiến (cấu tạo khối): các
khoáng vật phân bố đồng đều trong đá. Cấu tạo khối
có ở đá có thành phần tương đối đồng nhất và trong
quá trình biến chất vẫn giữ nguyên được đặc tính đó

Một số cấu tạo của đá biến chất:

Kiến trúc
 Kiến trúc biến tinh, tái kết tinh: các khoáng vật đá ban
đầu có thể được kết tinh (trường hợp biến chất từ đá trầm
tích gắn kết) hoặc tái kết tinh (đối với đá magma và trầm
tích hóa học). Sự kết tinh này của khoáng vật xảy ra ở
trạng thái cứng, cịn khi ở nhiệt độ cao nhất thời có thể
xuất hiện các vùng nóng chảy cục bộ rồi sau đó xảy ra sự
kết tinh và sắp xếp lại các tinh thể khoáng vật. VD: đá
hoa, Quartzite
 Kiến trúc vảy: đặc trưng cho đá có khống vật dạng vảy,
dạng phiến được định hướng theo một phương nào đó.
Kiến trúc này đặc trưng cho các loại đá phiến và thường
kém ổn định khi chịu phong hóa

17

Bảng phân loại đá biến chất

4. Phân loại đá biến chất





Dựa vào cấu tạo (tính phân phiến) chia làm 2
nhóm lớn:
1.
Đá phân phiến
2.
Đá khơng phân phiến
Dựa vào họ khống vật tạo đá chia làm 8 nhóm đá
Dựa vào khống vật chủ đạo để phân biệt loại đá
khác nhau trong nhóm
Ví dụ: nhóm đá phiến có phiến mica, phiến chlorite...

5. Thế nằm của đá biến chất

6. Một số loại đá biến chất

Thế nằm của đá biến chất giống thế nằm của đá ban
đầu đã tạo nên nó, phụ thuộc vào loại biến chất:


Đá biến chất tiếp xúc: dạng đới bao quanh



Đá biến chất động lực: dạng tuyến dọc theo đứt gãy



Đá biến chất khu vực: giữ nguyên thế nằm của đá

ban đầu



Marble is a non-foliated metamorphic rock that is produced from the
metamorphism of limestone. It is composed primarily of calcium
carbonate

18


Dăm kết kiến tạo



Quartzite is a non-foliated metamorphic rock that is produced by the
metamorphism of sandstone. It is composed primarily of quartz.

Amphibolite
Amphibolite forms
when basaltic rock is
subjected to higher

temperatures (550–
750°C) and slightly
greater pressure.
Usually it's a
hornblende schist



Hornfels is a fine-grained nonfoliated metamorphic rock with no
specific composition. It is produced by contact metamorphism.
Hornfels is a rock that was "baked" while near a heat source such
as a magma chamber, sill or dike.

Gneiss is foliated metamorphic rock that has a banded appearance
and is made up of granular mineral grains. It typically contains
abundant quartz or feldspar minerals. The specimen shown above is
about two inches



Phyllite is a foliate metamorphic rock that is made up mainly of very fine-grained
mica. The surface of phyllite is typically lustrous and sometimes wrinkled. It is
intermediate in grade between slate and schist

19




Schist is metamorphic rock with well developed foliation. It often

contains significant amounts of mica which allow the rock to split into
thin pieces. It is a rock of intermediate metamorphic grade between
phyllite and gneiss. It is about two inches (five centimeters) across

Schist is metamorphic rock with well developed foliation. The specimen shown
above is a "garnet schist" because it contains a significant amount of garnet. The
small crystals visible in the rock are small red garnets. It is about two inches
across.

Một số yêu cầu khi học bài đá biến chất


Các quá trình biến chất đá, các tác nhân gây biến chất;



Sự khác biệt giữa phân loại quá trình biến chất đá và
phân loại đá biến chất;



Kiến trúc, cấu tạo của đá biến chất;



Thế nằm của đá biến chất. Kể được tên và hiểu được
đặc điểm của các khoáng vật của đá biến chất.



Schist is metamorphic rock with well developed foliation. The specimen
shown above is a "chlorite schist" because it contains a significant amount
of chlorite. It is about two inches across

Nội dung:
§1.4. ĐỊA TẦNG VÀ THỜI GIAN
ĐỊA CHẤT

1.Tuổi của đất đá và hiện tượng địa chất
2.Phân chia địa tầng
3.Chỉnh hợp và bất chỉnh hợp
4.Thời gian địa chất – Niên biểu địa chất

20


Địa tầng học là một chuyên ngành trong địa
chất chuyên nghiên cứu phân chia đất đá của vỏ quả

1. Tuổi của đất đá và hiện tượng địa chất:


Tuổi của đất đá: Là khoảng thời gian từ khi

nhận biết, mô tả, trật tự sắp xếp không gian của



Đá magma: từ khi dung nham đơng cứng

chúng.



Đá trầm tích: từ khi bắt đầu trầm đọng

đất thành các đơn vị địa tầng thông qua các dấu hiệu

Các đơn vị địa tầng được phân chia là các

đất đá thành tạo đến nay



thành tạo theo thời gian


a. Cách xác định tuổi tương đối theo phương
pháp địa tầng:

Các phương pháp xác định tuổi:
Xác định tuổi tuyệt đối - Phương pháp đồng vị
phóng xạ:

T

Tuổi của hiện tượng địa chất là khoảng thời gian
từ khi tác nhân gây hiện tượng bắt đầu tác động

Tuổi của đất đá?



Đá biến chất: từ khi các nhân tố biến chất bắt
đầu tác dụng

 Đá trầm tích và magma phun trào: thành tạo
trước có tuổi già hơn  nằm dưới

Pb 206  Pb 208
U  0,38Th

 Đá magma xâm nhập: đá bị xâm cổ hơn đá
xâm nhập

Xác định tuổi tương đối:



8

9

a.

Phương pháp địa tầng

b.

Phương pháp cổ sinh

c.

Phương pháp thạch học

10 11

 Đá biến chất: Đá bị biến chất cổ hơn đá gây
biến chất
 Khe nứt, đứt gãy: trẻ hơn tầng đá bị cắt qua

15 14 13 12

Phương pháp địa tầng - Mở rộng phương pháp địa
tầng để xác định tuổi của các đứt gãy kiến tạo

6

7

5

4

3

2

1

21


b. Cách xác định tuổi tương đối theo phương
pháp cổ sinh:


Tuổi của đá bằng tuổi của hoá thạch chứa trong
tầng đá đó



Hố thạch dùng để xác định tuổi của đá gọi là hoá
thạch chỉ đạo



Phương pháp cổ sinh chỉ áp dụng cho đá trầm tích

c. Cách xác định tuổi tương đối theo phương
pháp thạch học:
 So sánh tầng cần xác định tuổi với tầng đã biết
tuổi
 Nếu hai tầng có cùng các đặc trưng thạch học thì
có tuổi bằng nhau
 Tầng được chọn đã biết trước tuổi gọi là tầng
đánh dấu (có tính chất đặc biệt về thành phần,
màu sắc, bề dày…)

2. Phân chia địa tầng



Là sự phân chia các thành tạo đất đá của một khu vực thành
các đơn vị địa tầng (còn gọi là phân vị địa tầng).



Đơn vị phân chia là thành hệ và hệ tầng


Thành hệ là một thể trầm tích phát triển liên tục được
phân biệt với nhau bằng sự gián đoạn kiến tạo – bào
mòn. Thành hệ được chia nhỏ thành các hệ tầng.



Hệ tầng là một tập hợp thành tạo trầm tích được đặc
trưng bởi tính đồng nhất của đất đá trong tập hợp ấy.



Ranh giới giữa các thành hệ và hệ tầng không nhất thiết
phải trùng với các phân vị cơ bản của thang địa tầng

3. Chỉnh hợp và bất chỉnh hợp


Để giúp phân chia địa tầng cần hiểu khái niệm chỉnh
hợp và bất chỉnh hợp



Đối với đá trầm tích, tương quan giữa các lớp đá có



Chỉnh hợp là q trình trầm đọng các lớp đá liên tục



Bất chỉnh hợp là trong q trình trầm đọng có sự gián

thể là chỉnh hợp hoặc bất chỉnh hợp
theo thời gian
đoạn trong một khoảng thời gian nhất định

22


A, B, C, E, F: các lớp đá trầm tích
D, G: đá magma xâm nhập
H: bề mặt bất chỉnh hợp

Xác định thứ tự hình thành?

4. Thời gian địa chất – Niên biểu địa chất










Thời gian địa chất
Đại
Tân sinh
Kainozoi - KZ

Trung sinh
Mezozoi - MZ

Cổ sinh
Paleozoi - PZ

Kỷ

Thời gian
(triệu năm)

Đệ tứ - Q

0-2

Neogen - N

2-26

Paleogen - P

26-66

Kreta - K

66-144

Jura - J

144-208

Triat - T

208-245

Pecmi - P

245-286

Cacbon - C

286-360

Devon - D

360-408

Silua - S

408-438

Ocdovic - O

438-495

Cambri - €
Nguyên sinh
Proterozoi - PR
Thái cổ
Ackeozoi - AR

495-545

Hoạt động
Kiến tạo

Sinh vật điển hình
Con người

Chu kỳ
Anpi

Đv có vú, chim, cá

Chu kỳ
Kimmeri

ĐV: cá, chim, bị sát
TV: thơng, tuế, tùng,
dương xỉ, cây có hoa

Chu kỳ
Hecxini

Chu kỳ
Caledoni

thực vật lộ trần,
hoa hạt trần
ĐV: ruột khoang, tay
cuộn trùng lỗ, lưỡng cư
thực vật cấp thấp,
ĐV không xương sống
bọ 3 thùy, bọ khung cứng

545-2500

Tảo, vi khuẩn
bọ khung cứng

2500-4600

bắt đầu xuất hiện

Tiền Cambri

Lịch sử địa chất rất lâu dài, không thể dùng đơn vị
“năm” để nghiên cứu, người ta đưa ra khái niệm
về “niên biểu địa chất”
Cơ sở phân chia:

Hoạt động địa chất
Đặc điểm địa lý
Sự phát triển của thế giới sinh vật
Phân chia thành các đơn vị thời gian  thang thời
gian:
- Đại (5 đại)
- Kỷ (12 kỷ)
- Thế
- Kỳ

Mối quan hệ giữa thời gian địa chất và thang địa tầng

Trong một đơn vị thời gian trong lịch sử địa chất
sẽ được trầm đọng một tầng đất đá (một đơn vị địa
tầng)  thang địa tầng tương ứng với thang thời
gian.

Các đơn vị trong thang địa tầng lấy tên của đơn vị
trong thang thời gian tương ứng

Niên biểu 
Thang địa tầng
Đại

Giới
Kỷ

Hệ
Thế 
Thống

Kỳ

Bậc

23


Các yêu cầu khi học bài này


Các loại tuổi, các phương pháp xác định tuổi tuyệt
đối và tương đối;



Các đơn vị của thang địa tầng, của thang thời gian,
tên gọi của các đơn vị của các thang đó, mối quan hệ
giữa thang địa tầng và thang thời gian;



Cần hiểu được các quan hệ chỉnh hợp và bất chỉnh
hợp của đá trầm tích, các khái niệm tầng đánh dấu và
hóa thạch chỉ đạo trong các phương pháp xác định
tuổi tương đối.

24


9/15/2015

Chng 2
CC HIN TNG A CHT
NGOI SINH

Ô2.1. PHONG HểA

Ni dung:
1. Khái niệm phong hóa
1. Các hình thức phong hố đá
2. Tầng tàn tích và các đặc trưng địa
chất cơng trình của nó
3. Các vấn đề cần điều tra và biện pháp
xử lý tầng phong hóa trong xây dựng

1. Phong hóa – Khái niệm
Phong hóa là q trình biến đổi đất đá do
phá hủy cơ học, biến đổi hoá học và các
hoạt động của sinh vật.
Xảy ra ở phần trên cùng của vỏ trái đất do
các tác nhân bên ngồi (khí quyển, thủy
quyển và sinh quyển) làm đất đá thay đổi
thành phần, cấu trúc và trạng thái, suy
giảm tính chất xây dựng.

2. Các hình thức phong hố đá
3 hình thức phong hoá:
a. Phong hoá vật lý
b.Phong hoá hoá học
c. Phong hoá sinh học

1