🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Địa danh Hậu Giang Ebooks Nhóm Zalo TRƯỜNG ĐAI HỌC THỦY LƠI NGUYỄN UYÊN - NGUYỄN VÀN PHƯƠNG NGUYỄN ĐỊNH - NGUYỄN XUÂN DIẾN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ■ (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÁY DựNG HÀ NÒI -2011 LỜI NÓI ĐẦU Tìoỉìg Ị ì ì ì ó m ngủnlì côỉìíị trình ỉhỉiộc cúc Ỉrườỉì^ Đại Ììọc, Ỉ)ỉiỉ clìíìí i on^ ĩri/ih là môn học c ơ s à kỳ ĩiìĩtậĩ nlìchìì tran^ hi CÌÌO sinlì viên cúc kiến ĩhức CCỈỈI ỉliiei vé (ÍKỈ . lỉ/ỉỉ (ỉc có ỉ h ế ti ế p fhu kiếỉì thức và tìiực iìàìììì í lỉuyêỉi nìôỉỉ cúc lĩnh vực nìĩií: Cơ liỌi iỉiít du. \ e n vù rnón^, Vật liệu Acỉv dựtìg, Tlỉiiv CÓN^Ì^. Câu Ìuhìì, Đườtìịf íỊÌao tlìônỉỊ, Xúy cỉựng tỉủỉì dụn^ và cóìtg nghiệp, Thi i ôn^ côti^ trìnìì... hởi vì địa clìấĩ lủ điều kiện có ĩíỉìh quyết âịnh đến quy hoạch, ĩhiết ké] thi cóỉì^ vủ qiiàỉi /v các cóỉì'^ trình. Ciiốỉi ^iúo írìỉỉlì Địa cliấĩ côníỊ ĩrìỉììỉ nủx cíùn^ cho sinlì Vỉưĩì cúc Ní^ủnh côníỊ ỉrÌỊìh tììiỉộc cái' trườỉìịỊ Đụi học : TỈÌUV Lọi, Giao Tliôníị, XiÌỴ diúìỵ... Giáo írìnlĩ có thê sử CỈIOÌÍỊ cho cd học siỉiìì chíỉih c/u\' vủ íại chức. V iệc pììâĩi côỉì^ biêìì SOỢÌÌ í^iúo ỉrinh nlìư sa iỉ : Đồỉỉiỉ chí Ní^uyến Xuân Diếỉì (Đại ÌÌỌ C Xảỵ (lựỉií^ Hà Nội) viết chươNíỊ ///, IV vả V. ' Đ ồỉỉíị cÌìí Nyji\'ẻfi ĐỊỉììì (Đại Ììọc Giưo ỉlìôníỊ vận tủi Hù Nội) viết chương / vù IX. Đỏỉỉ^ chí N^ii\ẽỉi Vủn Phươỉi^ (Đại học Tlìiíỷ lợ i) viếỉ chương VI, Vỉỉ vù X. Đồỉỉíị chí N^u\'ếỉi Uyên (Dại học Tììiiỷ lọi ) viếr chươtì^ //. VIII, chươĩi\ị m ỏ đầu và là 'lìú Ì)iẻìi giáo ĩrìnli. Giáo ỉrìỉìh đã cÍKọx ĩììiìì Ị^iả/I nội diiĩì^ íỉìeo pììươtì^ ('hâĩìỉ ”cơhản, Ììiệỉì đại, Việt Nam", ĩ n ỵ nlìiéỉì, d o trìỉìh đ ộ có liạĩì. âố i ỉưỢỊi\ị m ôn ỈÌỌC lại (ía dcuì^ pììứ c tạp nén không th ể ^rúnìì kỉỉỏi cúi sai sốĩ. Chúỉìg ĩôì châỉì ĩlìùnlỉ cchìì ơỉì cúc cún hộ ^icìn^ dạv thuộc bộ môỉi Địa chất công ĩrình 'ủa các trường: Đại học Xủ\ cliùii^ Hà Nội, Đại Ììọc Giao tììỏìì^ Hà Nội, Đụi học Tỉìiiỷ ỉợi lã đóng ỵÓỊ) nhiều ỷ kiến quỷ háu. Clìủn^ ĩôi moNị' nlìận được ỉìììiêii ý kiểfì của cúc cúìĩ hộ íỊÌchỉí^ <^'àc hạn sinh viên và 'ủ(' độc giâ đ ể cuốn i^iao trìììh fì^ùy cùng lìoản cììỉỉìh Ììơìì. Các tác giả MỞ ĐẨU §1. ĐIA CHẤT CÒNG TRÌNH VÀ NHIÊM VI CIÌA NÓ Khi xáy dimg một cõng trình như một con đường, một toà nhà, một chiếc cầu, một kênh dẫn, mót đập niróc... ở một nơi nào đó, đều phái xét tới : 1. Hình dạng, kích thước, mức dộ phân cãt. Iisuồii oỏc hình thành, xu ihế phát triến ciia địíi hinh.... nơi dự định xây clựnu - íiọi là âiéỉi kiện (ÍỊU mạo. Điều đó quyết định vị trí bố trí các còne irình, hình dạng và kliối lượns cỏiìg trình, niăl băng và phương pháp thi công; đánh oịá được trạng thái càĩi bằim độnií học của dịa hình, làm sáng tỏ mức độ ổn định và dự đoán khá năng biên dổi hình dạim địa hình do xày dims và các điều kiện tự nhiên khác; những vấn để đó kliỏiií; chi dể dám háo một còni: trình thích liợp nhất mà còn đảm bảo môt inói trường mới hcn vữim và tòt đẹp hon. 2. Sư phân bố, thànli phần, tíiih chất xàv dưiii: của cỉât dá (cường độ chịu lực, độ ổn định, kh;i nãntỉ thấm nước...) và các biến đònự dịa chái như uốn nép nứt né, đírt gãy... có ở khu vực xây dựng - gọi ỉà (Íií'11 kiện l íìii tì íỉc dịu clicíí. Điéu kiện này quyêt định cưòiig độ chịu lực cứa nền, khá nãng lún nhiểu, lún khòni: dểii, mất ổn địnli, khá năng thâm mất nước của nểii và do đó khốiĩg cliế lái tiorm. quy mỏ, kêi cáu của cònu trìnli. 3. Các hiện tượiiíí địa chái nlìU' tióiiíí dàt. karst, trượt lơ... dã hoặc có khả năníí xáy ra ở Irong vùng khi chưa có cỏnc trình và sau klii cỏ cỏiia Irình; trong thực tế các hiện tượng địa :hã't này đã tìnig gây ra nỉiĩtng ihám hoa (iối với còng Iniili. Đổ là (íiểii kiện rúc tác cìụiiỊ^ 'lịa thát của vùnt;. 4. Đối với những cóng tnuh xáy dưng ơ Ironu vìing có nước tổn tại trong các lỗ rỗng và wn\ kim cương - iOOôOkG/ini-. Như vậy kim cương cứng li'ơn tain khóiug phái 10 lán mà là 4000 lần. Trong thực tế có thế xá.c dịnih đô cứng tưoìig dối của khoáng vật bằne các phương lện đơn giản như móng lay có dộ cứng 2.5; lười dao sát 3 -í- 3,5; mánh kính 5 ^ 5,5; lư.ỡi lao thép 6 H- 6,5. Tuyệt đại bộ phận khoáng vật cỏ độ cứiig từ 2 đen 7. Các khoáng vật tạo đá thưcm. có độ cứng nhỏ hcfn 7. Đá chir.a khoáing vat cỏ dộ cứìig cao thường có cường độ lớn. Tỷ trọng của khoáng vạt Tỷ trọng của khoáng '.'ậl tliay cílổi Irong phani vi tương đối lớn. Những khoáng vậi tạ. đá có tỷ trọng từ 2,5 đến 3,5 ịhảiiỊ’ 1-2) Theo tý Imnịi, khoáng vât đươc chia ra làm 3 nhón Nhẹ : khi tỷ trọng Iilio liưii 2,5 ; Trung bình : khi lỷ (rọnị.: từ ?„5 clcìi 4; Nặng : khi tỷ trọng Imi hơn 4.. Bảng 1-2. I V troiiiỉ cùa mọt sỏ khoáng vật tạo đá chính Khoáng vạt T>' Ir-ọnc Khoáng vát Tý trọng Thạch anh 2,65 - 2,tì6 1 Plagiocla 2,60 + 2Jị\ Canxit 2,71 - i r i Muscovit 2,50^3,10 Đolomit 2.so - Biotit 2,69 ^ 3,40 Anhiđrit 2.50 ^ 2^0 1 Piroxen 3,20 ^ 3,6C) Thạch cao 2,30 2,40 Amfibon 2.99 + 3,47 Octocla 2.50 - 2.b2 Olivin 1_______________________3.18 - 3,45' Tỷ trọng phụ thuộc vào thành phần lioá học và cấu tiúc của tinh thể. Tỷ trọng lớndii khoáng vật chứa nguyên tố năiic \ à có sư sáp \ép nuuyên tử chặt. Ngoài những tính chấ: Ircii, khoáng vât còn có một số tính chất vật lý khác như ; từ lih, tính đàn hồi, tính uốn cong, lính dco... Đó là nhữni: dâu hiệu đê nhận biết khoííng vậl cn« như quyết định các tính chaiì vât h ; cư hoc cua đá, 16 Khi xác định khoáns vật không chỉ dựa trên các tính chất vật lý một cách rời rạc mà cần có sự tống hợp các tính chất vật !ý đó để rút ra các đặc trimg chủ yếu nhất của từng loại khoáng vật. 2.2. Phân loại khoáng vật và mỏ tả một sô khoáng vật tạo đá chính Khi nghiên cứu khoáns vật, người ta thường phân loại chúng theo thành phần hoá học với 9 lóp sau : Lóp 1: các imuyên tố tự nhiên, nliư đồn<; (Cu), bạc (Ag)... L(ýp 2 : siinfua. như pirit (FeS-,)... Lớp 3; haloecnua, như halit (NaC!).,. Lớp 4; cacbonat, nhưcanxit (CaCOỌ... Lớp 5: sunfat. như thạch cao (CaS0.|.2HT0)... Lóp 6 ; fotfat, như fotfal (CaPnO;^)... Lóp 7: oxit, như thạch anh (SìOt)... Lớp 8 : silicat. Iihư octocla K|AlSi,Oị.l... L,(Vp 9; hcfp chất cua hrru cơ. như CH4.., Trong các lớp đó người ta còn dựa vào cấu trúc tinh thê đế chia ra các lóp phụ và các nhóm. rrong thiên nhiên, các khoáng vật tham aia vào sự thành tạo đất đá chủ yếu thuộc các IíVịt silicat, oxit, cíicboiiat, sunfat, sunÍLia; nhưng vai trò ciia nó trong thành phần đất đá ii này, troriií mạng lưới tinh thể của khoáng vâl sét ngoài liẽn kèỉ lioíì in con có vai trò cùa Hèn kết phân tử và liên kết nirớc. Trong thiên nhiên, chúng thườn í: gãp ơ dang các ''ật chất kết tinh phân tán nhỏ và biểu hiện môt loai tính chất đãc biêt kh; lac diiiig với nước. Ngoài khoáng vật, (rong dài da nâni tích có thè gập một số hợp chất hữu cơ, trong đó phổ biến là keo hữu cơ axii luiinK, protein, xenlulo và các họp chất phức tạp khác. Các chất hữu cơ, thường có hoai íírh cao [rong các phản ứng oxy hoá. Ngoài ra, tương tự như khoáng vật sét, keo hữu cơ là hqi chài háo nước, nở mạnh khi tác dụng với nước. Vì vạy, sự có mật cúa chất hữu cơ có anh lìưmig lởn đến tính chất xây dựne của đất đá. Dưới đây la mô ta các khoang vâi lao dá chủ yếu: Lớp silicat Lớp silicai cỏ gân xoo kh(;aiig vai chiếm 75% trọng lượn^ vỏ quả đất. Chúng thường có màu sãc sỡ và có đô cứng lớn Các (ihóm thường gặp trong lớp silicat gồm có ; nhóm fenpat, nhóm mica. nhóưi ainfibon. nhóm piroxen, nhóm olivin, nhóm tan, nhóm clorit và nhóm sét. / Nhóm ỷenpai Penpai là allumosilicai Na K và C';i được thành lạo klii inacma kết tinh. Thành phần của chúng c ó thể biếu ihi bâng í.ôdg thức Na|AlSi,()Kl; K[AlSi;,0^]; CaỊAhSi^Os]. Tuỳ theo thành phân hoá hoc la chia ra fenpat Iiatri - canxi và fenpat kali. Penpat chủ yếu c ó nguồn g ố c m acm a. (ỈÔI khi có nguồn gốc biến chất. Penpai natn - can.M còn goi là plagiocla (tiếng Hy Lạp là vỡ nghiêng). Chúng gồm những khoáng vât hỗn hơp đổng hình lièíi tuc của anbit Na[AlSÌ3 0g| và anoctit CafAl2SÌ2 0 g]. Plagiocla ít khi có tinh thè đẹp. chúng thườiig có dạng tấm và lăng trụ tấm. Màu trắng hoặc trãng xám, đôi khi có sãc iuc phớt xanh, phớt đỏ; ánh thuỷ tinh ; độ cứng 6 -ỉ- 6,5. Dễ tách hoàn toàn theo hai phiríĩiig lao với nhau một góc từ 86°24' đến 86°50’. Tỷ trọng tliay đổi từ 2,61 (anbit) đến 2.76 (anoclit) Penpuí kali phố biến nhâi có ociocla và microclin, có thành phần là K[AlSÌ3 0 g]. Độ cứng 6 ^ 6,5. Tỷ trong 2,5 ^ 2,57 Màu hổng nhạt, vàng nâu, trắng đỏ, đôi khi màu đỏ thịt; ánh thuỷ tinh. Dể tách hoàn loàn Ociocla có góc giữa các mặt dễ tách là 90°, còn microclin chỉ chênh lệch với góc vuông 2 0' Trong đá granil ớ nén đâp T hác Bà, fenpat chiếm tới 60%. Mỏ fenpat ở Thanh Thu> (Phú Thọ) đang được khai thác cho kỳ nghệ đổ sứ. ở các nước khí hậu khô, fenpat bị phonị hoá tao thành cát ở nước ĩa, fenpai dề bị phân huỷ tao thành sét. 18 2. Nììóỉìì ỉNÌca Nlióin mica chicni 3,8% trọng Iưcmq vỏ qua đál. Mica co thành phân hoá học phức tap và có đặc điểm là dễ tách rất hoàii toàn. Khoáng vâl chủ ỵếu cua nhóm này là bioliĩ và muscovií Bioĩií còn gọi là inica đen hoặc mica m^inhê - săt, có cỏne thức : K(Mg, Pe)^! AlSi:(0|(,||0H|') Dạng tinh thể dẹt, giả lục phương, cũim có khi dạng tru, dang tháp, màu đen, nâu, phới đỏ. lục. Vết vạch trắng. Ánh thuỷ tinh, xà cừ. Đỏ cứng 2-^3 Dể ĩách rất hoàn loàn theo môi phương. Tỷ trọng 3,02 3,12. Miíscovií còn gọi là mica trắne, có cône ihức KAUlA1Si^Oị(,|ỊOHỊ. ữang nnh thế dẹi hay tấnì, íiiả lục phưưrm, có thể tập hợp thành khởi hal, lá hoãc váy đặc sú. Váy muscovii rất nhỏ uọi là xerixit màu trắng, vết mạch tráng. Ánh thuy linh, xà cừ. Độ cimg 2 ^ 3 Bóc thành lá mỏng, dẻ uốn, dẽ tách rất hoàn toàn theo inỏt phương Tý trong 2,76 ~ 3,10 Mìca có thể có nguổn qốc macma hav biến chát 3. Nhóììì piroxeỉì Phổ biến nhất là augit Ca(Miz, Fe, Al) ị(SiAI)2()fJ. 'riíilì thè hình ĩru ngăiì, hìỉih ràiìì. 'lầp hợp khối dặc sịt. Màu đcn lục, đen, ít khi luc rhẫm hay náu Ảíìh thuý tinh Đò cứns 5-^6 Dể tách hoàn toàn, Tỷ irọníí 3,2 3,6. Nuuổn gốc macnìa 4. Nlìóỉìì tưỉìýìhoỉi Phổ biến nhất là hocblen, có thành pháiì Ca^NatMg. Fe)4iAl. Fe)((SK Al)4 0 i| ItIOHIo rinh íbể dạng lăng trụ, hình cột, Màu lục hoặc nâu có săc từ sảni đến đen Vết vach trắng, inh tliuỹ tinh. Độ cínig 5,5 6 . Hai phianiu dẻ lách hoàn toàiu giao nhau môt góc 124^’ Tỷ rọiig íừ 3,1 J,3. Nguổn gốc niacina hay hiẽn chai 5. Nliórn olivin Olivin có cỏng thức (Mg, Fe)TSiOị. Táp hợp dang hai MỈUÌ phớt vàng, vàng phớĩ lục \n h thuỷ tinh. Độ cứng 6,5 -r 7. Tý trọng 3,3 ^ 3.5 Dc tíu h trune hình hoãc không tách Vẽi vỡ vỏ sò. Phần lớn olivin có nguồn gốc ĩĩiacmíi 6. Nììóm tuỉì Tuỉì có công thức :Mg3[SÌ4O |0|ỊOH|Ị^. Tập hợp Ihàiih khõ! đàc sít: rát đãc ínmg là ơ lạng lá, dạng vẩy. Độ cứng 1. Dễ tách hoàn toàn theo niỏt phưcmg. Tỷ trong 2,7 -i- 2,x. Rất lễ nhận biêt do độ cứiig thấp và sờ trơn tay. Màu luc sáng, ánh mờ Tan là sán phấm biên hất của đá macma. 7. Nììóm cloriĩ Clorit có công thức Mg4AU[SioÂỈ2 0 |(jỊị0 Hjj^. Tinh ĩhẻ ciaỉìg lám, tâp hưp có danu vẩv 4àu lục sáng, lục sẫm, ánh ngọc. Dễ tách hoàn toàn như mìCíì. Vết vỡ khỏng đều, sần sùi )ộ cứng 2 2,5. Tỷ trọng 2,6 2,85 Tấm mòng clorii có thẽ uòn cong nhưng không đàn ồi, đó là chỗ khác với lĩìica. s. N ììóm klìoúĩiíỊ vậí sẻí Đày là các khoáng vật thứ sinh cùa Itýp Sỉlicai. Nó là thàfìh phân chủ vèu của đất sél và ất loại sét nôn có tên là khoans vạt sét 19 Khoáng vật sét có dạng phiên mòna, kích ihước khòim vif(/t quá một vài micron. Kích thước của nó nhỏ đến nỗi khi tròn với turớc thì Ihành liệ chất kco. Việc quan sát khoáng vật sét phải dùng kính hiển vi điện tử. Căn cứ vào ảnh hưởng của khoána \'ậl: sét Jến tính cliất của đất, nhất là độ dẻo, ngưòi ta phỏng đoán được hàm lượng khoáng vật sét trong đất. Phổ biến và đặc trưng nhất trong nhóm khoáng vật sét có kaolinit, ilit, và monmorilonit. Chiíim đều cấu tạo bởi những lớp mỏng oxit silic (SÌO2) và oxit alurnin (AliO^). Dọc theo mặt tiếp xúc của các lófp thi khoáng vật sét có độ bền thấp, VI vậy chúng dễ bị tách ra thàiih lớp mỏng. Kaolinit có công thức Al4ỊSÌ4O]0][OH)(,. Được hình thành ngay trên mặt đất trong inôi trường axit yếu, từ íenpat và mica. Ti nhi thể phiến mỏng, hình dạng rất khác nhau. Từng phiến mỏng không màu; cả khối chặt sít có màu trắng dạng đất, sờ trơn tay. Độ cứng gần 1, Dễ tách hoàn toàn. Tỷ trọng 2,58 -H 2,6. Trong kaolinit, các lớp oxit silic và oxit alumin xen kẽ nhau {hình ỉ-3a). Lớp nước a) b) ® c © • « c ® K 0 C'H Si ,A/ A/,3i A/Mg Hình ỉ ’3. Sơ (đồ cdíi Cnic của khoáníị \'ậí sét a) Kaolinv.t; h) Ịli t; c) Monnìoriỉonit 20 llit có cỏng thức KA1t[(Sì Al)4 0 |Ql|0 HlriHn0 . llil hình thành do mica tác dụng với nước nên còn gọi là mica nước (hiđro inuscovit). Tinh thể thường gặp dạng phiến mỏng. Tỷ trọng 2,6. Khác với kaolinit, ilit có các lớp oxit siiic xếp kề nhau và có ion kali liên kết giữa các lófp này {hình ỉ-3b) nên có khả năng nở hạn chế khi ngậm nước. Monmoriloììit (Al, Mg)')[SÌ4 0 |Q][0 H]TnHo0 . Tinh thể có nhiều hình dạng khác nhau. Màu trắng, phớt xám; đôi khi phớt xanh, hổng lục. Khi khô có ánh mỡ. Độ QỨng của từng vảy còn chưa rõ. Dễ tách hoàn toàn. Tỷ trọnc không nhất định. Monmorilonit thành tạo từ tro núi iửa, các đá giàu sắt, rnanhê, trong môi trường kiềm yếu. Các phần tử nước có khả năng chui vào khoảng giữa các lớp oxit silic nằm kề nhau, vì vậy monmorilonit có khả năng nở lớn Ợíuìli 1-3í ). ở nước ta, nhiều mỏ sét có trữ lượng lóii và chất ỉượng cao đang được khai thác dùng cho kỹ nghệ đồ sứ, như mỏ sét Đòns Triéu, mỏ sốt Đức Trọng... Theo một số kết quả nghiên cứu sơ bộ thì sét Đống Đa là sét kaolinit và ilit, sét Hải Phòng thuộc loại sét monmorilonit... Lóp oxỉt Khoáng vật lớp oxit và hiđroxit chicin 17% trọng lượng vỏ quả đất. Trong lớp này hay gặp opan, thạch anh, limonit. Thạch anh SiOo là khoáng vật phổ bièn nhất trong vỏ quả đất, thường không màu, đôi khi trắng sữa, xám. Ánh thuỷ tinh. Không dẻ lách. Vết vỡ vò sò. Độ cứng 7. Tỷ trọng 2,5 2,8. Tỉiạch anh thành tạo có trường h(yp do đông nguội của macma, có trường hợp do kết tủa từ dung dịch trong điều kiện giầu oxy và silic của khí quyển. ở nước ta, thạch anh chiếm tới troiiỊỉ (lá granit ờ Thác Bà, Bảo Lộc, Phan Rang. Trong liparit ở Tam Đảo, thạch anh ờ dạng ban tinh. Trong cát vàng Việt Trì, cát trắng Quảng Bình, Phan Thiết, Phan Rang thì Ihạch anh là thành phán chủ yếu. Opan Si0 -,nH2 0 là khoáng vật vô định hình, không màu, trắng hoặc vàng đỏ. Trung bình chứa 6 %, tối đa tới 34% nước. Ánh xà cừ hoặc thuỷ tinh. Độ cứng 5 5,5. Tỷ trọng 1,9 s- 2,5. Được thành tạo trong khe nírt và lỗ hổng ở phần trên của vỏ quả đất, do kết tủa của dung dịch chứa silic; cũng có thể thanh lạo ở vùng ven biển do sự ngưng keo của các dung giao silic được sông vận chuyển đến hoặc do xương của một số sinh vật biển. Limonit Fc203nH2 0 . ở trạng thái keo có độ cứng từ 4 5,5, khi vụn rời giảm xuống gđn 1. Màu nâu, vàng, vết vạch vàng nâu đến đỏ. Tỷ trọng 2,7 4,3. Thành tạo do sự oxy hoá các hợp chất sắt, suníua trầm đọng dưới đáy hồ... Lớp cacbonat Lớp này có khoảng 80 loại khoáng vật, chiếm 1,7% trọng lượng vỏ quả đất, thường tạo thành lớp trầm tích biển rất dày. Khoáiií; vạt phổ biến có canxit và đoỉomit. Canxit CaCOg. Thường tinh thể ở dạng khối tam giác lệch, khối mặt thoi. Không màu, trắng sữa, khi lãn tạp chất có màu xáni, vàne hồng. Ánh thuỷ tinh, dễ tách hoàn toàn theo ba phương thành các khối hình mặl thoi. Độ cứriíĩ 3. Tỷ trọng 2,6 2,8. Sủi bọt với axit clohiđric loãng ( 10%). 21 Hìn.h ỉ-4. Mọ: sóhìnn (ỉíiUỊị tinh thể khoáng vật a) Tinh tlỉể rliạch Lin.h tro •ÌỊ’ suốt : h) Tinh thể thạch cao có hJnh (Laníi khác nlìơìt: (■ Đú Nịịọc hích hình trụ ổ cạnh 22 Canxit hìnli thành troim quá tiinli macma, do kết tủa lioá hoc trong nước và cũng do tác dụng cua sinh vật. Đoloìììit CaCOvMgCO^. Tirili thê có dạng khối mặt thoi. Thường tập hợp ở dạng khối hạt kết tinh. Màu tránc xám, có khi vàng, lục, nâu. Ánli thuv tinh. Dễ tách hoàn toàn. Độ cứiig 3.5 4. Tỷ Irọiiíĩ 2,8 ^ 2,9. Mánh đolomit hị hoà tan chậm bởi axit clohiđrit (HCl) 10% khi neuội. Bột đolomil sủi hot mạnh với HCl được đun nóng. Đolomit được thành tạo do trầm lích và do quá trình đolomit hoá đá vôi. Lóp smựat Có khoảng 260 khoání: vật, chiếm khôns: quá 0,1% Irons lượng vỏ quả đất. Đặc điểm chung cua lóp này là có tỷ trọim và dò cứim khôns lớn. Đại biếu lớp này là anhiđrit (thạch cao khan) và gíp (thạch cao). Anhiclrir CaS0 4 - Tinh thế hình lãiie trụ hoặc phiến mỏnc. Tập hợp thành khối đặc sít, có khi ciạng quc. Màu trắng, khi có tạp chất thi màu xám, đỏ, đen. Ánh thuỷ tinh. Độ cứng 3,0 ^ 3,5. Dẻ tách hoàn loàn. Tỷ troiis 2,8 ^ 3,0. Khi có nước và chịu áp lực nho tliì ahhiđrit hiến thành gíp và tăng thể tích đến ~ 30%. Gíp (thạch cao) CaS0 4 .2H^0 . Tinh tlìc dạng tấm, ít khi dạng sợi. Màu trắng, khi lẫn tạp chất có inàu xám, vàng đổng, nâu. đỏ hoặc den. Ánli ihiiý tinh. Độ cứng 2. Dễ tách hoàn toàn. Gíp hình thành do trầm tích từ anliiđrit bị hidrat hoá và từ đá vôi dưới tác dụng của nước chứa axit siiníuric (H-|S0 4 ). Lớp sunfua Trong lớp này liên quan nhicu đến xáy dựng là khoáng vệt pirit. Pirit PcSt. Tinh thể hình lập phircmg, trên mặt tinh thể có những vết khía. Màu đồng thau, khi phân tán nhỏ có màu đen. Ánh kim rnạnh. Vết vạch nâu hay đen nâu. Độ cứng 5 6,5. Khá giòn. Dễ tách không hoàn toàn. Vết vỡ không đều, đôi khi có dạng vỏ sò. rỷ trọng 4,4 -f 5,2. Pirit có nguồn gốc macma hoặc do sự phân huỷ những di tích hữu cơ dưới tác dụng của iước và sinh vật trong điều kiện thiếu oxy. Pirit khi tác dụng với oxy và nước cho axit ;unfuric. Lớp halogenua Khoáng vật phổ biến nhất của lớp nàv là muối rnỏ halit (NaCl). Halit NaCl. Tinh thc lập phương. Màu trắng hoặc không màu, khi có lẫn tạp chất thì nàu xám, đỏ, đen. Ánh thuỷ tinh. Độ cứns 2.5. Dễ tách rất hoàn toàn. Tỷ trọng 2,1 đến 2,2. íiilit có nguồn gốc trầm tích hoá học. 23 §3. KIẾN TRÚC, CÂU TAO VÀ THẾ NẰVI CỦA ĐÂT ĐÁ Đất đá là tập hợp của các khoáng vật, được săp xếp theo những quy luật nhất định, có thể có liên kết, có thể khôĩiií, chiếm một phần khôn" cian đáng kể của vỏ quả đất. Vì vậy ngoài việc nghiên cứu thành phần vật chất, thành phẩn khoáng vật của đất đá, còn cần phải xét đến các đặc trưng kiến trúc, cấu tạo và thế nằm của đất đá. 3.1. Kiến trúc cua đất đá Kiến trúc của đất đá là khái niệm tổng hợp chỉ các vếu tô' như ; hình dạng, kích thước hạt, tỷ lệ kích thước và hàm lương tương đối của các hạt cũng như mối liên kết giữa các hạt đó với nhau trong đất đá. Kích thước và hình dạng hạt là do điều kiện thành tạo của đá quyết định; đối với đá macma, đá biến chất và đá trầm tích hoá học thì chủ yếu do điểu kiện kết tinh. Điều kiện kết tinh chậm thì các hạt khoáng vật sẽ lớn, các hạt kết tinh trước sẽ có hình dạng tinh thể rõ ràng, gọi là tự hình. Các hạt kết tinh sau thường đóng vai trò lấp nhét các lỗ hổng của các hạt kết tinh trước, do đó tinh thể có dạng inéo mó, gọi là tha hình. Đối với đá biến chất, do tái kết tinh không phát sinh tái nóng chảy thì lại khác, 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. Cường độ, độ ổn định của đá thay đổi theo kích thước hạt, mức đỏ dồng nhất và mức độ tha hình của các hạt trong đá. Đá kết tinh hạt nhỏ có cưòmg dộ lớn và độ ổn định phong hoá cao hcín đá có cùng thành phần nhưng kết tinh hạt lớn. ỉ)á có kiến irúc iha hình thì bền vững hơn đá kiến trúc tự hình, đặc biệt khoáng vật tha hình lai là thạch anh thì mức độ ổn định tăng lên rõ rệt. Đối với đá trầm tích vụn thì hìnli dạng và kích thước hạt là do thành phần đá gốc và phưofng thức vận chuyển quyêt dịnh. Đá gốc liỊ |)hàn hiiỷ do phong hoá hoá học sẽ cho các hạt mịn. Đá được trầm đọne; do dòno nước sòng mang tới thì sẽ tròn cạnh, do gió thì hạt đổng đều nhưng góc cạnh hcíii. Đá do trầm tích biển hạt có dạng tròn dẹt... Kích thước và hình dạng hạt có ý nghĩa qu>ết định đối với c;ic tính chất địa chất công trình của đất đá trầm tích vụn. Có thể lấy ví dụ như cuội và dăin, cát và sét thì sẽ thấy rõ. Cuội và dăm là hai loại hạt có kích thước như nhau nhưiig dăm góc cạnh hơn và trong một chừng mực nào đc đồng nhất hofn, do đó có cưòíng độ chống cắt lóìi liơii. Trong khi cát ép co rất ít, tính thấư lớn, độ rỗng nhỏ và tương đối ổn định thì sét có tính dẻo, tính ép co lớn, độ rỗng lớn Ví không ổn định, hầu như khòng thấm nước, độ ngậm nước lớn, cá biệt có loại sét độ ẩm tớ 500 ^ 600%, trong khi đó cát độ ẩm không quá 30%. Khi các hạt càng nhỏ thì tỷ diện tích (tổng diện tích bề mặt các hạt trong một đom vị thi tích hoặc trọng lượng đất đá) càng lớn. Do vậy năng lượng bề mặt tăng lên, hiện tượng b mặt càng rõ rệt. Để hình dung được tỷ diện tích bề mật của khoáng vật sét, ta có thể nêu lê bảng số liệu so sánh về tỷ diện tích của ba loại khoáng vật chính là monmorilonit, ili kaolinit (bủng 1-3). 24 Bảng I 3. Tỷ dién tích cùa một sở khoáng vật sét Khoáng vật Tỷ lệ các kích thước Kích thước A Dài và rộng Dày Tỷ diện tích rnlg Monmorilonit Ilit Kaolinit 100. 100 . 1 20 . 20 . 1 10 . 10 . 1 1000-5000 1000^ 5000 1000- 2000 10^50 50 ^ 500 1001000 800 80 10 Đất đá thường cấu tạo từ nhiều cỡ hạt khác nhau. Sự có mặt của nhóm hạt cả về chất và lượng đều có ý nghĩa nhất định. Vì vậy, thành phần hạt của đất đá là một yếu tố không thể thiếu khi nghiên cứu kiến trúc của nó, nhất là loại mềm rời. Sau khi đã nghiên cứu hình dạng, kích thước và hàm lượng tương đối của các hạt trong đất đá, điểu quan trọng nữa là nghiên cứu hình thức gắn kết giữa các hạt với nhau. Theo mức độ liên kết, người ta chia ra kiến trúc hạt rời, tức là đất đá gồm các hạt rời rạc, không liên kết với nhau và kiến trúc gắn kết là đất đá có các hạt liên kết với nhau tới m ột mức đ ộ nào đó. l.iên kết kiến trúc được hình thành nhờ các qưá trình hoá lý phức tạp với nhiều hình thức khác nhau, như quá trình kết tinh, hoá già, ngưng keo, kết tủa, hấp thụ, thấm, áp lực... Nó là một quá trình lâu dài diên ra trong suốt thời gian thành tạo đá, Trong đá macma, biến chất và trẩm tích hoá học có mối liên kết kết tinh các đá vụn cơ học có mối liên kết ximăng, còn trầm tích mềm rời có mối liên kết keo nước. Liên kết kết tinh về bản chất gầii với niối liên kết kiến trúc bên trong của các khoáng vật, nó xuất hiện do lực liên kết của các phân tử, nguyên tử và ion ở bé mật của các hạt khoáng vật với nhau. Vì vậy, lièn kết kết tinli là loại liên kết bén vững nhất. Trong một số đá như quaczit, đá vôi... mối liên kct này có cirờiig dộ không ihua kém cường độ của các hạt khoáng vật; vì vậy dưới tác động bcn riị;oài, mặt nứt vỡ thường đi qua cả các hạt. Liên kết ximăng hình thành do sự ngưng keo trong các lỗ hổng và khe nứt giữa các hạt, thường là keo silit, sét và sắt. Trong trường hợp kco là sét thì thực tế nó vẫn là loại liên kết keo nước mà ta sẽ nêu ở dưới đày. Liên kết xiniăng nhìn chung có cường độ liên kết không cao. Cường độ liên kết và độ ổn định của nó phụ thuộc vào hình thức liên kết và vật chất ximăng liên kết, bền vững hcm cả là keo silit, sau đến keo sắt, vôi rồi đến keo sét. Liên kết keo nước là liên kết xuất hiện nhờ lực hấp dẫn Vandecvan, vì vậy nó tỷ lệ nghịch với kích thước hạt và mức độ hiđrat hoá trên bề mặt hạt; cưòíng độ liên kết rất nhỏ và có đặc tính là rất không ổn định. Tuy nhiên trong đất, đặc biệt là đất loại sét, thì nó là hình thức liên kết chủ yếu và tạo nên cho đất nhiều đặc tính quan trọng. Tim hiểu bản chất của mối liên kết keo nước, trong nhiều trường hợp ta có thể điều khiển được cường độ và tính chất của mối liên kết, tức là cirờiig độ, tính chất của loại đất sét. Ví dụ, do màng hiđrat dàv mà cường độ liên kết giảm đi; trong nhiều trường hợp áp dụng biện pháp thoát nước nhủn tạo, cường độ của đất sẽ tăng lên rõ rệt. 3,2. Cấu tạo của đất đá Cấu tạo của đất đá cho biết quy luật phân bố hạt khoáng vật theo các phưofng hướng khác nhau trong không gian và mức độ sắp xếp chặt sít của nó. 25 Sự hình thành cấu tạo kiiôní; dár.u hiướma., ktnòim cổne Iihat của đá là do sự sắp xếp \'à phân bố các hạt vì nhiều niỉiiycii nhâm. ỈNíạinyên rnhàn bóii ỉione là thành phần vật chát của đất đá, còn n g u y ên nhân bèn imoài cũing k;hc)ni;Ị k;éiii | ih;ìii tỊuaii trọng, đó là các trường m à trong đó đất đá được thành tại3 như tirittờmc trọnis lưc. írưòniz áp lực, trường nhiệt, trườns thuỷ lực... Trong các điều kiệii khác nihưt niham, sirclịnli hiróìii: càng rõ rệt khi cưÒTig độ của các trường biểu hiện rõ. Sự liình thàiihi c;ấui tao ciua dá. Iroim nhicu trưòng họp, là tổng họp sự tác động của hai, ba trưònc. ví du nihiưsiự thành tạo cáu liK-t lớp của đá trầm tích là do tác động của trường trọng lực kết hơp với trrườrpír; thìry lực, Dònu nước có tác dụng vận chuyên và tuyển lựa hạt theo đườna kín h \à trrọnic lưcọiig; triròne lro!i‘_; lực có tác dụng dàn đểu các hạt đưa tới theo chiều ngansí, vì \ày cUá tirầim tích ithưòìit: có cau tạo lóp, các lớp nằm ngane hay gần nằm ngang. Tác dụng của trường trọno lực (áp lựtc địa tầng) và trưònc nhiệt (nhiệt quả đất) đã làm cho đá biến chất khu vực có cấu tạo pihiíến rấít điển hình. Các tinh thể khoáng vật hình tấm như mica, clorit... hình thành di3 nhiệt đíộ tcao, dưới tác diiiie của áp lực định hướng sẽ sắp xếp song song với nhau và tạo mên cấu tạio ]ph:iến c ủa đá. Trong điểu kiện áp lực lớn, Ịphần lóíĩi đái có càii tao cỈKlí sít, uiữa các hạt không còn hay còn rất ít kẽ hổng. Ngược lai, t;rong diiciu k;iệ'n áp lực nho, đá Irám tích, dá macma và ngay cả đá biến chất thường có câu tạio khóiiig chiặt sít, múc dộ lỏ hổnu lứn, có thể lạo nên cấu tạo dạng lỗ hổng như cấu tạo bọt cú.a đá plnuin 1 ràiO, câ'ij lạo X()'p ha\ bòng của đất loại sét. Cũng cần chú ý rằng trong mhicu trưòmg 1'iợp, kicn iríic và câu tạo của đất đá còn do tác động thứ sinh như quá trình phang boái k.ar:st... ụu) Iiòn nữcụ như cấu tạo tổ ong trong đá ong là do tác dụng của quá trình laterit hoá . 3.3. Thế nằm của đất đá Kiến trúc và cấu tạo mói chỉ nói lêỉn uổ chức nội bộ của đat đá, nhưng trong thực tế yêu cầu phải nghiên cứu đá trong lĩiiột khu vụrc nhất đị.ih.Vì vậy cần biết sự phân bố các loại đá, vị trí và hình thù mỗi khối dá trong toìan bỏ khu vực. Do đó ncười ta đưa ra khái niệm dạng thế nằm của đất đá. Thế nằm củ.a đất díá ch(0 ta khái niệm về hình dạng, kích thước và tư thế của khối đá trong không gian c Ong nhtư m'ối quan hệ của các khối đá trong không gian đó với nhau. Đối với đá macma, loại đá đnrợc thiànlh tạo từ dung nham đông cứng lại thì hình thù của các khối đá rất đa dạng. Kích thước củ;a khối đá cũng như mối quan hệ tiếp xúc của nó với các đá vây quanh thay đổi rất lớn v:à cũng là yếu tố có ý nghĩa rất lớn trong địa chất công trình. Đối với đá trầm tích, do đặc tính pìhâin lớp nên kích íhước khối đá chủ yếu là chiều dày của lớp. ớ đây, tư thế của lóp C(D ý nslìiĩa ]CT1 hơn. Nhiều trường hợp độ nghiêng của các lớp đá đã làm cho nhiều công trình xàv ckưng rnẫi ổn địnli, phát sinh ra trượt và lún khống đều. Nhiều hầm lò bị sụt vòm cũtm l à do dá có thế nằm nshiêng quá dốc. Người ta thường phân biệt hai loại thế nằm đá trâm tíich là thê' năm nauyén sinh - hình thành trong quá trình tạo đá (thường nằm ngang hay hơi nghiênig) và thè nằm thứ sinh - thê nằm nguyên sinh đã bị 26 biến đổi do các hoại động kiến tạo về sau (nằm nehicim, uốn nếp...)- Nói như thế không có nghĩa là dưới tác động kiến tạo thì thế năm của dá macnia và biến chất không bị thay đổi, nhưnt; do iiình thù và kích thước khối đá mà sư biến động đó không có ý nghĩa thực tế như đá trầm tích. Ilnố nằm của đất đá là yếu tố cho ta biết mức độ đồng nhất của nền công trình cả về cườiig độ, ổn định và thấm. Ịị4. ĐÁ MACMA Tliành phần của các khối nóng chảy (còn gọi là macma) rất phức tạp: chủ yếu là silicat có chứa các loại khí và hơi nước. Nhiệt đồ của nó tới 1000 ^ 1300°c. Macma khi xâm nhập lên phần trên của vỏ quả đất sẽ toả nhiệt và ncLiội dần đôim cứng lại thành đá macma. Tùy theo thàiih phần macma và điều kiện nguội lạnh mà hình thành nhiều loại macma khác nhau. Sự đông cứng của macina ở dưới mặt dâì cho đá xâm nhập và ở trên mặt đất cho đá phun Irào. 'ITiành phđn vật chất và điều kiện nguội lạnh của niacnia quyết định các đặc trưng cơ bản của dá macma. Khi đi qua các lớp khác nhau của vỏ qiKÌ đất và trào lên trên mặt đất, niacrna sẽ gập các điều kiện nhiệt động khác nhau, ơ dưới sâu, nó chịu áp lực lófn và nhiệt độ cao của môi trường bao quanh nên còn giữ ckrợc klií và hơi tiước; đến gần mặt đất và đặc biệt là ở trên mật đất, áp lực của mỏi trưcmí: râì nhỏ, khí và hơi nước được thoát ra, nên thành phần và tính chất của đá macma cũntĩ bị biến đổi, khác với thành phần của inacma. 4.1. Thê nằm của đá macma Tlico đặc tính hình học của mỏi trường nguội lạnh, như liình dạng và kích thước của khe nứt, hình dạng mặt đất cũng như tính nhớt của niacnia mà dá macma có các dạng thế nằm khác nhau. Vì vậy thế nằm của đá macrna cho biết hình thìi của khối đá. Đá xâm nhập thường có các dạng thế nầm sau {hình í-5): Dạng nền để chỉ các khối đá macma có hình dạng không quy tắc nliưng kích thước rất lớn, diện tích phân bố có thể tới hàng trăm, hàng ngàn ha. Giới hạn dưới của nó thường không xác định được. Đá vây quanh tiếp xúc với dạng nền có đặc trưng là không bị biến đổi về thế nằm. a) b) Hình 1-5. DạriíỊ thếuằni l íia đú xám nhập, a) Dạng nền ; h) Dụng nấm ; c) Dạinị lỚỊ}, dạng mạch 27 Dụng nấm chỉ khối đá inacnia có hình náni hoặc thấu kíiih dày. Diện tích phân bố không rộng, vào khoảng vài chục ha. Các đá \â \ quanh nhât là 0’ phía trên bị uốn cong theo hình dạng nấm. Dạng lớp được hình thànli do macma :<âm nhập tlieo các khe nứt giữa các mặt tầng đá. Nó có độ dày nhỏ, thường chỉ có độ và; mét đến \ài chục mét nhưng phạm vi phân bố tương đối lớn, có thể tới vài ha. Dạng mạch hình thành do macma xâm nhập và lấp đáy khe nứt của các tầng đá. Bề dày mạch thay đổi từ vài centimet đến vài chục niet. Đá mach có nhiều nhánh, chỗ tiếp xúc với đá vây quanh thường có khe nứt làm tăng tính thấm nước của đất đá. Các mạch thường vuông góc hay cắt các tầng đá trám tích vcVi những góc tưưns đối lớn. Các khối đá macma dạng nền, dạng nấm da [:'hạni vi phân bố rộng, có thể dùng làm nền công trình tốt. Còn khi ở dạng lớp, dạng mạch thì có khả nãna eây ra sự không đồng nhất ở nền công trình; tuy nhiên điều này tuỳ thuệic vào phạm vi phân bố của nó và phạm vi xây dựng công trình. Đá phun trào có các dạng năm chủ yếu sa u [hinli 1-6)- a ả á á a ả ẩ a ả Ả/. Ả T*T -1. X i A. 'nrtxT-^ a) Hình 1-6. Ddììi^ ihé luvn cùa (iá phun trào a)Dạm> UrỊỉ phù : hìLỷạing .dòĩnỊỉ chảy : r) Dạm; vòm Dạng lớp phủ là dạng đá phun trào phù trên rnột diện tícli rất rộng, có thể tới hàng ngàn km^. Thường được hình thành do dung nhara lìrào lên mặt đất theo các khe nứt kéo dài của vỏ quả đất. Sự trào dung nham nhiều đợt có thể tạo lớp phủ gồm nhiều tầng với bề dày lớn. V í dụ như cao nguyên Đècăng (Ân Độ), Icíp phủ có diện tích 500.000km và bề dày tới 2 .0 0 0m. Dạng dòng chảy hình thành do macma trào lén qua iniệng núi lửa lấp đầy các khe rãnh của thung lũng. Đặc trưng của nó là có chiéu dài lớn hơn chiều rộng rất nhiều, có thể kéo dài đến 30 -r 40 km và hơn nữa phụ thuộc V ào độ nhớt của dung nham và hình dạng thung lũng. Dung nham nghèo silit thường lỏnq, dễ di chuyển, cho dòng chảy có chiều dài lớn. Dung nham giàu silit có tính nhớt lớn, có t.hể đốne đặc tại chỗ hình thành dạng vòm, dạng tháp... Khi xây dựng đối với các dạng thế nằin của đá phun trào cần chú ý bề dày của nó vì nhiều khi lớp đá m a cm a cứni:; chắc chí là lc^") phủ inỏni: irên lóp trầm tích m ềm vếu ỏ phía dưới. 28 4.2. Thành phần khoáng vặt cùa đá macma Các khoáng vật chủ yếu tạo nên đá macnia tính theo hàm lượng bình quân là : íenpat 60%, thạch anh 12%, amíibon và piroxen 17%, inica 4%. Khoáng vật thứ yếu có ziacon, tuamalin, apatit... Các khoáng vật thứ sinh có thể gặp xerixit, clorit, kaolinit... Sự tổ hợp các loại khoáng vậl trong đá được quyết định bởi thành phần hoá học, bởi sự phân dị kết tinh của macma. Tronq khoáng vật của đá macma còn chia ra loại khoáng vật màu thẫm: amíibon, piroxen, biotit... và loại màu nhạt: thạch anh, fenpat... Hầu hết các khoáng vật thành tạo đá macma có mối liên kết hoá trị bển vững và được thành tạo ở điều kiện nhiệt độ cao. Do vậy, nhìn chung cường độ của khoáng vật tương đối lớn nhưng đồng thời cũng kém ổn định hơn trong điều kiện khí q u y ển , dễ biến đ ổi thành các khoáng vật ổn định trong điều kiện trên niặl đất như sét, các oxit... Kết quả phân tích hoá học cho thấy khoáng vật của đá macma được thành tạo bởi hầu hết các loại nguyên tố hoá học, nhưng chủ yếu chỉ có ; o , Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, H, Ti. Lương chứa Si được tính theo SíOt thay đổi từ 25 ^ 85%. Khi hàm lượng SiO-, giảm thì màu của đá sẫm dần, tỷ trọng tăng lên và nhiệt độ nóng chảv giảm đi. Dựa vào lượng SiO^, người ta chia đá macnia thành 4 loại : 1. Đá axit, với lượng SìOt trên 65% như : granil, liparit... 2. Đá trung tính, với lượng SiO-, là 55 -r 65% như : điorit, sienit. . 3. Đá bazơ, với lượng SìOt là 45 4 55% Iihư : gabro, bazan... 4. Đá siêu bazơ, với lượng SiOo nliỏ hcm 45% như : periđotit, đunit... Sự Ihay đổi ihànl) pliầii kliơáng vAt của í ác lí)ại đá inacnia chính có thể biểu diễn như sơ đồ hình 1-7: 1 z 3 4 Hình 1-7. Sơ đồ tỷ lệ tương đối của khoáng vậ! chủ yếu trong đá Dìcicma ỉ . Đủ trung tính ; 2. Đá axit ; 3. Đá hazơ : 4. Đá siêu hazơ 4.3. Kiến trúc và cấu tạo của đá macma Khi nghiên cứu đá macma, mức độ kết tinh, tức là độ lớn và hình dạng của tinh thể khoáng vật và mức độ đồng đều của nó là cơ sở đặc trưng cho kiến trúc của đá. Đặc điểm của kiến trúc không chỉ cho biết các tính chất \ ạt lý, cơ học và ổn định của đá mà còn cho biết cả điều kiện thành tạo đá. 29 Theo mức độ kết tinh có thể ch ia ra 4- loiại ki'ến trúc chính : Kiến trúc toùn tinh : tất cả CÁ: lịk hỊioẳng \vật tronc đá dcu kết tinh, ranh giới phân cách giữa chúng rõ rệt có thê nhìn thấy bằ Unjg rmắit tihitòlig [hình l-Sa). Kiêh trúc pocỷia : chỉ thấy Lxĩna dm lất nhỏ (vi tinh) hay không kếl t .nh {ịhì a) ắt ithiườmí: ir.ột sò tinh ihể lớn rải rác trên nền tinh thể ắt vlb 1-81:)). Hình 1-8. Kiến trrÌHXaủa (ỉú irxii lìM Ịplìóii^ (lụi 12 lần) u) Ki-ếr trúc- !tí>ùm timh : h) Kíé'ì) inìc pocịia. Kiến trúc ẩn tinh : tinh tliể rất nlmỏ Ikhiônig ph ân biệi dược bằng mắt thường chỉ thấy dưới kính hiển vi. Kiến trúc thuỷ tinh : đá khciiig kếtt tiínhi nhú thuv tinh núi lử;i. Dựa vào kích thước hạt la chia rai: kiiến trik' hạt klii kích thước hạt trên 5mm, kiến trúc hạt vừa khi kích thưác hạt từ 5 ;2nnm, kicn tnìc hạt nhỏ từ 2,0 ^ 0 ,2min và kiến trúc hạt mịn khi hạt nhỏ hơn 0,2mm. Ngroàìi ira, càn cứ vào kích thước tương đối của các hạt để chia ra kiến trúc hạt đều, khi các hạt có) k;ícỉh lhu'ớc gán như nhau và kiến trúc hạt không đều khi các hạt to nhỏ khác nhau. Mức độ kết tinh của khoáng \ ’ật pihụitHiuộc điều kiện đòng nguội của dung nham, ở dưới sâu, do tính dẫn nhiệt của đá Ikéni, q|uáí tirình đỏng nguội của dung nham kéo dài ; các tinh thể có đủ thòi gian để lớn lên, đá xârm rnhíập thưòtig có kiến trúc toàn tinh hạt lớn và hạt đều. Còn ở gần mặt đất và trên mCát đât, đi(ềui kiện toả nhiệt tốt và áp iực thấp nên dung nham nguội rất nhanh ; các tinh thể không; kạpì hình thành, chỉ liình thành các tinh thể nhỏ hoặc chỉ kết tinh được một số khoáng vát ICÓI nihièt độ kết tiiih cao. Do vậy kiến trúc ẩn tinh, thuỷ tinh,pocfia đặc trưng cho đá X âm nhiập) mông và đá phun trào. Đặc biệt, kiến trúc thuỷ tinh thưòìig thấy khi dung nham ph un ỏ đ:áy biiển, Sự kết tinh của khoáng vật con pihụi tlhuỏc thành phấn của dưng nham. Các dung nham ng h èo silit thương chứa các hiựp chất dỗ: lioà tan, cỏ tính di đ ộng lớn; đ ộ nhớt của dung nham giảm làm cho sự kết linhi dươc dễ diàna hơn. 30 Đá có kiến trúc toàn tinh hạt đều có cường độ và độ ổn định với phong hoá cao hơn loại kiến trúc thuỷ tinh, kiến trúc hạt không đều. Đối với đá macma, dựa theo sự định hướng của các thành phần khoáng vật trong không gian c ó thể chia ra : cấu tạo đổng nhất (hay cấu tạo khối) - theo bất kỳ hưófng nào, thành phần khoáng vật của đá cũng như nhau và cấu tạo dải (hay cấu tạo iòng) - trong đá, khoáníĩ vật tập hợp theo dạng dải vì được định hướng theo phương di chuyển Ủ! "iòrig dung nham. Dựa theo mức độ hổng của đá chia ra ; Cấu tạo đặc s ít: trong đá không có lỗ hổng. Cấu tạo lổ hổng : trong đá tồn tại các lỗ rỗng. Cấu tạo lỗ hổng thường gặp ở đá macma thành tạo gần hoặc ở trên mặt đất, có sự thoát của khí và hơi nước từ dung nham. Một số trường hợp các lỗ hổng được lấp đầy bỏfi khoáng vật thứ sinh, liên quan với các dung dịch lun thông trong đá, cho ta cấu tạo hạnh nhân. Khoáng vật lấp đầy có thể là : opan, thạch anh, clorit, canxit... Một dạng đặc biệt của đá có cấu tạo lỗ hổng là đá bọt. Loại đá này thành tạo từ dung nham có nhiều chất dễ bốc, được nguội lạnh nhanh ở dưới nước hay trong thổ ahưỡng ẩm. Đá bọl có lỗ rỗng lớn và nhẹ. Cấu tạo đồng nhất bảo đảm sự đẳng hướng vể các tính chấl vật lý cơ học của đá. Các loại cấu tạo dải, cấu tạo lỗ hổng tạo ra tính dị hướng cũng như làm giảm cường độ, sự ổn định đối với phong hoá. Khi nguội lạnh macma sẽ co lại, giảm thể tích và lạo ra các khe nứt theo những quy luật nhất định. Những khe nứt đó gọi là khe nứt nguyên sinh và khối nứt đo những khe nứt đó phân ra gọi là khối mũ nguyên sinh. Khác với khe nứt thông thường, khe nứt nguyên sinh không phá hoại sự liên kết giữa các khối nứt. Chúng có thể 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 hoá được thể hiện rõ thêm. Mỗi loại đá có hình dạng khối nứt nguyên sinh riêng : bazan có khối nứt hình trụ, granit và sienit có khối nứt hình gối đệm, còn điorit có khối nứt hình cầu {hình 1-9). Khe nứt nguyên sinh và các khe nứt có nguồn gốc khác làm giảm cường độ, tăng tính thấm nước của đá. 4.4. Phân loại đá macma và đặc tính của một sô đá macma chính Như trên đã nêu, thành phần hoá học, thành phần khoáng vật, điều kiện thành tạo và các tác động thứ sinh trong quá trình tồn tại của đá macma có ý nghĩa quan trọng, quyết định các đặc tính vật lý, cơ học của đá. Dựa trên các cơ sở đó người ta chia đá macma ra các loại khác nhau. Đối với đá phun trào còn xét đến mức độ biến đổi thành phần và kiến trúc ban V ìu để chia ra : phun trào cổ (đã bị biến đổi) và phun trào mới (chưa bị biến đổi). Bảng ỉ-í lêu lên cách phân loại đá macma của D.s. Belianxki và V.I. Petrov. Đ á loại axit phổ biến nhất là đá granit (xâm nhập) ; pocíia thạch anh và liparit (phun trào). 31 Hinh Ị-9. Khối nín n^nyen sinh hình ìãììỊị tru của chi Hìaoìki Granit gồm các khoáng \ ật thuộc nhóm fenpat như ícnpat kali (octocla, microlin) và plagiocla axit (anbit, oligiocla). Lượng thạch anh ít hon ícnpat một cliút và thường là các hạt có hình dạng không quy lắc. Khoáng vật màu thầm rất ít. thường là biotit, aiigit, hocblen. Còn khoáng vật phụ có thể gặp manhetit, pirit, ziricon, apatit. Màu của granit thường do màu của fenpat quyết định có thể từ xám sáng đến hồng xám. Granit thường có kiến tn k toàn tinh, cấu tạo đồng nhất, đậc chắc với thế nằm rất đa dạng : nền, nấm, mạch... ơ miền Bắc Việt Nam, sranil cặp ờ vùng sóng Chảy (tây Hà Giang), tây bắc Bắc Cạn, Sơn Dương (Tuyên Quang), Tĩnh Ti'ic (Cao Bằng), Nậm Rốm (Điện Biên), ớ miên Nam, granit gặp ở vùng Nam Trung Bỏ, Kon Tum. 32 lìiinịỊ 1-4. Phân loại đá mar::ia cua D.S. Belianxki và V.I. Petrov Thành phần Đá xâm Đá phun trào Hoủ học KhoấiiL^ \âl nlìập CỔ Mới 4 Đá loai axií (S,0. > 65% ) Pcnpaí kali, tliạch aiilh pl;ii!Ìơcla, klioáim vật màu tham (biotit, hocblen, auait) Graiiil Pocfia thạch anh Liparit Đá loai rnini^ tính Pcnpaí, pla^iocln a\it, một số ít khoáim vật màu thủin (aniíibon. niica) Sicnit PocHa octocla Trachit (SiC)-, = 55 ; 659c) Pỉagiocla trunii tính, kỉidánii vạt màu thẫm (amfibon) Điorit Pocfirit Anđezit Đá iíì.ii ba/o' (SiO^ ^ 45 .=-550^) Piaiiiocla bazơ, khoánu \át IIÌÌIU íhẫm (đỏi khi là olivin) Gabro Điaba, ỊX)cfirit, auiĩit Bazan {)á lo.ii siêu hiiÁơ A im il. (>li\'in, quặni: Periđoíil - (SiO. < 4 5 '^ ) -cỊLíậng Đuniĩ ì'o( fui ílìợ rli (inli và ìip a rit là dá phun trào c ó CÙI11Í lliành p h ầ n với granit, trong đ ó poclia tliạch anh là đá cổ hơn. Khoáim vậl íciipat chiếm ưu llìố, khoáns vặt màu thẫm có biolil, amriboii, piroxcn. Màu cùa pocHa thạch anli tliườnị; náu do, nâu, có khi phớt lục. LÌỊXirit có màu trắng, Xiíiii, luc nhạt, vàng Iihạt. Pocfia lliacli anh C(' màu thầm hưn và chĩic hưn liparit. Pocfia tliạt h anh cỏ kiến ti úc pocfia dicn hình. (5 Iiiróc la, liparit íỉặp ỞTani Luim (L;iiit; SoTi). lain Đáo (Vinh Phúc), Phanxipãng, Than Uyen, Nglũa Lộ, nani Hoà Bình, thượiìs iioLiõn sông Chíiy và sóng Chu, Kỳ Anh (Hà Tĩnh). Pocfia thạch anh có ờ dọc đưò’ng Hữu laliiL’ đi Bản Thí (Lạim Sơn). Đá loại trunịỊ tính phổ biến nhĩít là sicnil, điorit (xám nhập) ; pocfiril, pocfia octocla, trachit, anđcsit (phun tiao) Sieiiit, pocỷhi octocla vù tradìit tạo thành một nhóm trong đó sienit là đá xâm nhập sâu còn pocfia octocia và trachit ]à đá phun Irao. Sieiiil thành tạo từ nhiều khoáng vật có kích tliưóc khac nhau. Khác với granit là khóna có Ihạch anh, lượng fenpat ít hơn và có nhiều khoáng vât màu thẫm hơn. Khoáng vật chủ yếu trong sicnit là octocla hoặc microlin, pla>;i()cl;i a.xit. Khơáii£> vật màu llìẫni có biotit, niột ít olivin. Màu của sienit thẫm hơn granit. Trachit là đá phun trào mới, màu xám tráiiíĩ, mặt vỡ xù xì có nhiều !ỗ hổng. Pocfia octocla gọi là pocfia không có thạch unh thì inàu thẫm hơn ; nó là loại phun trào c ổ và khác với trachit như pocfia thạch anh khác với liparit. Dioì it, pocỷuir và uiidezit tạo thành nhóm đá tiLing tính thứ hai, trong đó điorit là đá xàm nhập sàu, pocíirit là đá phun írào cổ \à anđczil là đá phun trào mới. Tliành phần của diorit gồm có plagiocla trung tính (oliaiocla, anđez)l) và hocblen, đôi khi có biotit. Màu xám, xám lục có klii xám sảm và dcn. Kỉioiíiig vật thứ sinh có apatit, iníìnhetit. Trong điorit dối khi còn pặp pirit. 33 Điorit có kiến trúc kết linh cỉièii liìiih. ciạiis: lÌ!ih tlic ciui pliieiocla nít rõ. Điorii ilạim mạch có kiến trúc pocíia. ơ nước ta, ihành pliần cua po^.ru ii và anđc/il uỏriỊ co: plaeutcla Iruim tính, (khoáiii’, \ àl màu thẫni như auíiit, hocblcn liicm uãp lionì. P('cf'iri; có ntàii liic iham. xáin cliac lioìì andezit. Đá có kiến trúc pocfia siciiit. cliorit eặp o' Plianxipãiii!, F^iamia (Bác Cạn), vùiig tá ngạn thượng lưu sôns Đà tới băc Lai Clìàu, Tam Đao. băc Chơ Đổn, Điện Biên... Trachit có ở Khao-puin (giữa Phanxipãng \à sóng Đà),..Anđczit có 0 luii vực sỏnỉí Long Đại (Quảng Bình), Kỳ Anh (Hà Tĩnh), nam Bcn Tliuý, Nam Trung Bộ... Đá loại bazơ là loại đá tircnc clối phổ biến, nhài là đá phun trào. Trong nhóm nàỵ có gabro là đá xâm nhập, còn điaha \à ba/.an là đá phun trào. GiCra chúns: không có sư khác nhau nhiều về thành phần hoá hoc nhưníỉ khác nhau chú yếu vé kiến trúc. Gahro có thành phần chú yếu là plagiocla bazơ (labrađo), khoáne vậl màu thẫm (piroxcn, amfibon, olivin), đôi khi có inanhctit. Màu từ thẫm đến đen. Kiến trúc của gabro rât đa dạng. Thường có kiến trúc toàn tinh, trong đó các tinh thế plagiocla và piroxen phát iriển rất rõ. Các hạt piroxen nằm ở khoáng trống giữa các linh thế plagiocla. Các đá xâni Iihập sâu c ó kiên trúc kết tinh hạt vừa và hạt l(')n, Gabro thưòng có cấu tạo khối, vứi các dạng thế nằm là dạng nén, dạn" mạch. Baian vù điahư có thành phán chủ yếu là pỉagiocla, augit có khi có olivin, manheút. Màu từ xárn thẫm đến đen. Điaba là loại dá cố. Khác với bazaii, diaba có khoáng vật clorit, do vậy điaba có màu đen lực. Bazan thưòfng có kiến trúc pocíia, troiig dó các hại plagiocla và aueil kết tinh rất rõ. Điaba thườiig có kiến truc riii liiih, đòi khi có kiến (rúc pocria với các hạt linh thể là plagiocla. Nhìn chung cliúng cỏ eâu tao kliối, có kliối nứt hìiili !ục lãng điển hình. Bazan có thể có cấu tạo lỗ hổng. Bazan cùng với anđe/it là Iciại đá Ị-)hun trào phân bố rộny rãi nhất ở trên mặt đất. Bazan và điaba nằm ở dạng lớp pliủ, dạim mạch. ở nước ta có thể gặp gabro ờ Báo Hà, Trái Hút (Yên Bái), Nậm Rốm, Nậm Meng (Oiện Biên), núi Chúa (Thái Nguyèn), núi Srcna (Đà Lạt)... Baz.an cỏ ỏ' Lâm Đồng, Đắc Lắc, Gia Lai (Tây Nguyên), Phủ Ọii>, Do Linh... Điaba uặp ờ Chi Lăng (Lạng Sơn), An Lạc (Cao Bằng), vùng sông Đà, tây nam Kiiĩi Bói (Hoà Bình), cổ Định (Tnanh Hoá). Đá loại siêu bazơả thế xàm nhập có pcriđotit và đunit, còn ờ thế phun trào thì chưa rõ. Periđotit có thành phần là auíỊÌt, olivin và một số ít khoáng vật quặng. Màu lục thẫni, nâu, nâu thẫm đến đen. Nếu chứa nhiều piroxen thì đá có lên là piroxenit. Kiến trúc toàn tinh. Đunit có thành phần chủ yếu là olivin. ở nước ta, periđotit gặp ở vùnu sông Mã, lưu vực sông Đà, Ba Vì, Thuận Cliâii ('Tây Bắc). Piroxenit và đunit có ở c ố Định (Thanh Hoá), Tạ Khoa (Tây Bắc). 34 §5 , đ a IKẨM l íCH l'ấ: c;i các loại dâì đá khi lộ ra trẽn mặt dát (kc c;’i các dá macma rắn chắc) đều chịu tác độno .ủa các Iihân tố C|iivến klií, quvén nLi'(í'c. quycn siiib, vật. Kết quả là dá bị phá hiiỷ. Một bó |:)hin hoà tan lạo thành diins dịch, bỏ pỉián khác tạo thành nhữns mảnh vụn có kích tluilyckhác nhau. Các vật liệu đó bị ỵió lioac IIIIÍÍC manu di rổi tích tu lại tạo thành đá trầm tíclK Quá tiìiih iliành lạo dá trầm tích có the ciiia làm ba eiai đoạn : iiiii (loụ/i niột. Ịihá luiv dá ban daii \à tạo nóii các hạt vụn, duim dịch gọi là óc ỉ ỏ ra i m o à i k h í q u y ế n , đ á sẽ hị pliàii liuý, v ỡ v u n , tạo t h à n h d u n g d ị c h . . . ( v ậ t l i ệ u trầm lích inới). D ia VÌK) dặc tính vật liệu, đá trầm lícli có lliè chia ra làiri 3 loai : trầm tích vụn, Irầm tích sct, iD.in lích sinli hoá. Sự lích dong các vật liệu mảnh vụn có kích ihirớc khác nliau tạo nên trầm tích vụn hay trầm ích incni rời. Klii trầm tích vụn dươc kco kc't bời ximãng ihiên nhiên hay được nén cliặu tiì íĩọi là ctá trám tích vụn keo kết hay dá vun rắn chác. D á trầm tích sét dại bộ phận là thành tạo tronu nước do kêì tủa, nííưng keo hay do các đá kliá'C 5Ị phân huỷ lioá lý với thành phần chủ VỐII là các khoáng sét. Còn đá trầm tích sinh lioá hiih thành do tác clụnc của sinh hoá liiiv do cliính Xíic sinh vật tích đọng lại. Đặc trưng cua Icại này là có các di tích sinh vật xcn kẹp lẫn lộn vcýi trầm tích hoá học. 5)'.j, Thê nằm ciia đá trầm tích K lác với dá macma, quá trình hình thành d;'i iiầin íích chịu ánh hirởng rấí lớn của trườníĩ trọHig lực. Bửi vậy, thế nằm dạng lóp sons; SOHÍỊ nãrn ngaiig ià dạng phổ biến đối với đá trần.i ích; thế nằm này đặc trưng cho môi trường trầm lích đồn<ỉ nhất và yên tĩnh. Lớp xiên chéto, lớp vát nhọn thường gặp trong trầm tích ció và trầm tích cửa sông, ở nơi dòng nước uốn kuìc thườn" hình thành thế nằm dạii” thấu kính. Cá: đá cổ, đã trải qua nhiều thời kv biến đỏiiíĩ kiến tạo thì thường có thế nằm dạng lớp son;<í íong nhimg nghiêng hoặc Liốn nếp. ơ Viét Nam la, dá trầm tích cổ trước kỷ Độ Tứ đcHi h nghiêng đảo đến mức độ nhâì định. Đá càiig cổ thì sư biến động càng lớn, các đá cổ 35 nhất thì sự biến đ ộn g đã xo.á nhioài cả hình dạng thế nằm ban d.áu biờii các hệ thống khe nứt, đin gãy kiíếni tạo... mà chúng ta sẽ xét kỹ ờỉ chương II. Trong thực tế, để xác định hướmgị n gh iên g và đ ộ n g h iên g của táns <đáí thường dùng khái niệm vể đườmgị hướng dốc và góc dốc. ĐỐII với miộtt tầng đá thì các yếu tố hìnb bọc c;ủai nó được xác định như sau : Đườìĩg phươỉìg là giao t uy ến c:ủai mặt tầng đá với mặt phing nMmi ngang, đó là phương kéo dài c:ủai tầng (hình I-IO). Vị trí đườn g iphươmg trong không gian được xác (iịnh bằing góc phưotng vị đường phươn g. Hinh l-ỈO. Do các yếii íô íhếr.ằm của tầng àá hẳní> âịa hàn địa chất Đườìig dốc hay đường dốc nhất icủ;a tầnig đá là nửa đường thẳng nằm trên mặt tầng đá, vuông góc với đường phương và Cíó cchiiều qiuay về phía dốc xuống của tầng đá. VỊ trí đường dốc trong không; gịiam dưiợc xác định bằng góc dốc a và góc phưcmg vị hướng dốc p tức là góc P'huĩơrig vịi ciùa hì.nh chicu đường dốc trên mặt phẳng ngang. Gck phưcmg vị hướng dốc có íhd itey đổlị l'ỄÍ th^y đổi từ 0° - 90°. Các trị sô' a , (3 sau khi cio ở thiực địa b ằ n g đ ịa bàn địa clìâì. đư(Ợc ghi chép dưới dạng p z a., ví cdụ 120 z 30; còn ở trên bảin đồ clỊai chất được đặc trưng bằng ký hiiệui 30 b) 7^30 c) riêng, ví dụ 120 z 30 và 12ố z 30» nghiêng đảo thể hiện như ihìỉììi I- ì ỉ và trong đó ; Hinìi I-IỈ. Biểu thị các yếu tổ thế nẳm tầng dớ trên hản dồ địa chất - Phương và chiều của mửa dưtờiiig tháng chi hướng dốc của tầng đá được xác định theo trị số p ; - Đoạn thẳng biểu diễn (đirờng phiương c ủa tầng đá và vuông góc với hướng dốc; - Góc dốc a của tầng d á được gh.i ờ C!UỐÌ nửa dường thẳng chỉ hướng dốc của tầng đá bằng con số không có đơn vị. 5.2. Thành phần khoáing vặt đ;á trầm tích Trong đá trầm tích có tịhể CI'3 đủ tâit cả các loai khoáng vật đã biết, nhưng trong một loại đá thì thường đơn giản và (đổns nihâìt. 'Về đ;ại thế đá trám tích có các khoáng vật sau : 36 1. Khoáng vật nguyên sinh, tức là các mánh đá hay khoáng vật do phong hóa cơ học các loại đá có từ trước. Chúng là thành phần chủ yếu của đá trám tích vụn (cuội, sỏi, cát). Trong dó phổ biến hơn cả là thạch anh, sau đến íenpat, ziacon, tuamalin, apatit... 2. Khoáng vật thứ sinh thành tạo từ các khoáng vật nguyên sinh bị phân huỷ hoá học như các khoáng vật sét. 3. Khoáng vật thuần tuý của đá trầm tích, hình thành do sự lắng đọng của dung dịch thật, sư ngimg keo có hay không có sự tham gia trực tiếp hay gián tiếp của sinh vật, như thạch cao, muối mỏ, glauconií, opan... ChúníỊ khòne co hoặc có rất ít trong đá macma nhimg lại là thành phđn chủ yếu của đá trầm tích hoá học và sinh vật, là ximăng gắn kết troiig đá trám tích vụn cơ học. Nliìn chung khoáne vật cửa đá trầni tích ổn định đổi với phong hoá hơn các khoáng vật của inacma. Đối với tính chất xây dựna của loại trầm tích mểm rời, khoáng vật sét có vai trò quan trọng. Sự có mặt cLÌa nó làm cho đất có nhiều đặc tính riêng như : tính dẻo, dính, nừ, ép co rất lớn, tính thấm nước nhỏ; đặc biệt khi thay dổi lượng nước hấp thụ, cưòfng độ của đất thay đổi rất nhiều lấn. Đối với đá trầm tích, n<íoài thành phần hạt khoánq v(it ta cần chú ý tới các tạp chất và xirnăng. Sự có mặt của tạp chất có ý nghĩa quan trọng đối với trầm tích cacbonat, còn thành ph;'ìn ximăng có ý nghĩa lớn đối với trầm tích vụn keo kết. Tạp chất silit, đolomit sẽ làm tăng cường độ, giảm íínli hoà tan của đá vòi, còn sét làm giảm tính hoà tan đồng thời cũng làn'. LMảm cường độ của đá này. Đá vòi chứa sét dẻ hơá niểm khi tác dụng với nước. Chất keo silit trong trầm tích vụn cơ học là chất gắn kết bền chắc nhất, sau đến cacbonat và oxit sãt ; còn thạch cao và sét là chất gắn kèì yêu nhất. 5.3. Kiến trúc và cấu tạo đá trầm lích Kiến trúc của đá trầm tích rất nhiều vẻ. Trong đá trầm tích có đủ các loại liên kết : liên kêt kết tinh ở đá trầm tích hoá học, liên kết ximăng ở loại trâm tích vụn gắn kết, liên kết Iiưức ở loại trầm tích mềm rời. Đối với trường hợp liên kết kết tinh, người ta phân loại kiến trúc (lựa vào m ức độ kết tinh, tương tự như đá niacma, cho nén không cẩn trình bày lại nữa. Tính chất xây dựng của loại đá trầm tích vụn cơ học (gắn kết và chưa gắn kết) được quyết dịnh bởi kích thước của hạt. Tên của loại kiến trúc được gọi theo tên của cỡ hạt đó {bảng 1-5). Bảng I 5. Phân loại kiến trúc dựa vào kích thước hạt của đá trầm tích vụn cơ học Tên gọi các hạt vụn Đườĩìíỉ kính hạt (mm) Loại kiến trúc Đá hộc, đá lãn >200 Kiến trúc hòn lớn Dăm, cuội 200 - 20 Kiến trúc hạt dám (cuội) Sạn,sỏi 2 0 - 2 Kiến trúc hạt sạn (sỏi) C'ál 2-0.05 Kiến trúc hạt cát Hạt bột 0.05 - 0.005 Kiến trúc hạt bột Hạt sét <0,005 Kiến trúc hạt sét 37 Trong cùng một loại kích rhước còn chia ra loai 'ròn cạnh; đá lăn, cuội, sỏi và g ó c cạnh: đá hộc, dăm, sạn. Độ mài trc-n vi: bình dạng hạt đirợc ciuNốt định hởi hình dạng, tính chấl của khoáng vật, của đá ban đáu. tác Jụnc mà: tròn của nước, jùa ció... Sự hình thành kiến tvÚL ( ùii ỉrcìni tích lìiéni ròi. tliường sọi là đất, như sau: Đối VỚI các hạt có kích thước lớn (>0,05 rnm), sự chìm láiic tự do nên kiến trúc hạt đơn giản (hình I-12a). Lực tác dụng t Jơnc hỗ siữa các hạt tronc trường hợp này nhỏ hơn nhiều so với trọng lượng của nó. Đỏi với các hạt nhỏ, do hiện tượniỉ bổ mặt và các lực tương hồ khác, lực dính ở các điểm ĩiêp KÚC 2Ìữa các hat lớn hơn nhiểu lần trọng lượng hạt, thì khi chìm lắng tạo nên kiến trìu tổ oii i( hay kiến trúc lỗ chỗ Ợiiiih I-I2h) rất phức tạp, trong đó thể tích các khoảng trống lớn hcm thể tích hạt rất nhicLi. Hình 1-12. Cá( (lạniỊ kiến Irúc ( ơ hàii ( lid (lá) (/) l ì ạ t : h j T ổ (/H ÍỊ, ( ) l ỉ ô i i Ị ’ . Nếu kích thước các hạt nhỏ nơn Imicron (0,001 rnmj, chiíng sẽ có tính chất của các hạt keo. Trong môi trưòng nước ch 'mg ở irạníỉ Ihái huycn phù, khi gãp chất điện giải trung hoà điện tích của chúng (ví lỉụ nhu khi mrỏc Nỏng cliiục plia iiộti VOI IIÚỚC biển), lực đay giữii các hạt giảm đi, các hạt Xich lại íỉần nhau, cluiin và dinh \à o nhau rồi chìm lắng xuống, hình thành kiếìì trúc tlạiìi^ l'óníỊ ràt dicn liìiih {liìiilì !-l2i ì. Kiến trúc của đất thiôti nh -ên, đặc biệl là dàì sét, rất Ị)lii'rc tạp, Ihườíig có sự tham gia củíi các hạt khoáng, các chất keo, các chất dính kết liữu cơ... A. Catíigran đã đưa ra inẫu kiến trúc của đất sét biển Ợììnli I~13). íiĩra các hạt bìui tương đối lớn có các hạt sét và các đám hỏng hat keo tạo nên kiến trúc tổ ong. Tại chổ các hat bùn gần nhau các đám bông hạt keo khá chặt. Sự hình thành các loại kicn trúc của trầm tích vụn gắn kết có liên quan đến sự lắng dọng các chất gắn kết (ximăng) trong lỏ hổng giữa các hạt của đá. Dựa vào hình thức gấn kết, người ta chia ra các loại gắn kết sau Ụìi/ili 1-14y. Gắn kết cơ sở: các hạt nằm troim chất gắn kết không tiếp xúc với nhau (các hạt đóng vai trò chất độn). Cường độ và tính chát của đá chỉi yếu quyết định bởi cường độ và tính chất của ximăng. 38 3 » cz. n ạ i u u n Hình I-I3. Kiến trúc của dã) sét hiên !. Hụì sét : 2. Hạt keo. Cjắn kết lấp dầy : các hạt tiếp xúc nhau, lỗ hổng giữa các hạt được lấp đầy bằng các chất gắn kết. Gắn kết nếp .\ủc : các chất gắn kết chỉ có ở chỗ tiếp xúc giữa các hạt; trong đá có nhiều lỗ hổng. Gắn kết lấp đầy là loại gắn kết có cưòfng độ tốt nhất. Khả năng gắn kết còn phụ thuộc hình dạng, dặc trimg bề mặt của hạt. Khi hạt góc cạnh, mối liên kết với ximăng chặt chẽ hơn. Cáu lạo của đá trầm tích phổ biến có các dạng : khối, dòng và phân lớp {hình ỉ-15). a) b) Hình 1-14. Kiến Inic CIUI trảnì tií h vụn keo ké) ci) Gắn kê! co' sở : hì (ìằn kẽ! tiếp xúc ; (■) Gắìì kêt lúp àúv. 1. XimãiiiỊ Ị>ihi két : 2 Hat : 3. Lỗ hổtìịị Hinh Ị -15. Cấu tạo của dá trầm tích a) Cấu tạo lớp ; h) Càn tạo khối. Càn tạo kììối là càu tao có các hạt tạo đá sắp xếp lộn xộn. Loại này rất phổ biến trong đá vụn cơ học (cát kết...). Chúng hình thành do trầm tích lắng đọng nhanh, vật liệu vận chuyển tới liên tục, nước luôn luôn bị khuấy động. Cấu tạo này làm cho đá đồng nhất, bền vững. Cấit tạo dòng khi các hạt sắp xếp, định hướng theo phương dòng chảy, hướng gió... Đá trầm tích có tính dị hướng. Cấu tạo IỚỊJ là cấu tạo đãc trung nhất của đá trầm tích. Các lớp có thể khác nhau về thành phần khoáng vật, thành phần hạt, các tạp chất...phái sinh do sự thay đổi trầm tích có chu kỳ hoặc do tích tụ gián đoạn. Ví dụ như trầm tích thay đổi theo mùa : về mùa lũ, nước sông mang đến các hạt lứn (cuội, sỏ i...); còn mùa khô, các hạt nhỏ hcfn (sét, cát...). Kết quả là sẽ hình thành các lófp sét, cát, sỏi... xen kẽ nhau. Độ dày của lớp không đồng đều, có khi tới hàng mét, thậm chí tới hàng trăm mét và ngay trong một lớp cũng có sự thay đổi rất đáng kể. Theo mặt lớp thường có khe nứt gọi là khe nứt mặt lớp, còn nếu không có khe nứt thì sự gắn kết giữa hai lớp cũng yếu. Trên mặt lớp và trong lófp thường gặp các vết gọn sóng, vết hằn của sinh vật, xác sinh vật đã được hoá đá (hoá thạch). Đó là đặc điểm quan trọng của dá trầm tích, dùng để phân biệt với các loại đá khác (mácma, biến chất...). Căn cứ vào hoá thạch, ta có thể xác định được khoảng thời gian địa chất đã hình thành nên lớp trầm tích do cũng như vị trí và hoàn cảnh thành tạo (sông, hồ, biển, trầm tích gần bờ, xa bờ, điều kiện khí hậu...). 39 5.4. Phân loại đá trầm tích và đặc tính cùa inột sỏ đá tram tích Hiện nay có rất nhiều cách phân loại đá trầm tích và vói nhiều mức độ chi tiết khác nhau. Theo nguồn gốc và điều kiện hình thành, người ta chia đá trầm tích ra làm ba loại là trầm tích vụn cơ học, trầm tích sét và trầm tích sinh hoá. Trầm tích sét có vỊ trí trung gian giữa hai loại trầm tích trên, ở đây được xếp vào trầin tích vụn cơ học để mô tả. I . Đá trầm tích vụn cơ học và sét Cơ sở để phân loại đá trầm tích vụn cơ học là : kích thước, hình dạng hạt, sự gắn kết giữa chúng (bảng 1-6). Trầm tích mềm rời là trầm tích chưa được gắn kết và hoá đá. Trong trầm tích m ềm rời người ta chia ra trầm tích mềm rời không dính như cuội, sỏi, cát... và trầm tích mềm rời dính nhor đất sét pha, đất sét... Trong thiên nhiên, trầm tích mềm rời bao gồm nhiều cỡ hạt khác nhau. Theo phạm vi biến đổi đường kính hạt người ta tập hợp các hạt thành từng nhóm. Kích thước hạt giới hạn để phân chia các nhóm hạt dựa trên cơ sở thực nghiệm. Bảng 1-6. Phân loại đá trầm tích vụn cơ học r~—---------------------------------------- Trầm tích mềm rời Trầm tích gắn kết Hạt thô tròn cạnh cuội, sỏi cuội (sỏi) kết góc cạnh dăm, sạn dăm (sạn) kết Hạt cát c:íít cát kết Hạt bột đất bột bột kết Hạt sét đất sét sét kết Cùng nhóm kích thước thì có cùng tính chất vật lý và xây dựng ; khác nhóm tính chất thay đổi rõ rệt {xem bảng 1-7). Đặc điểm của nhóm hạt theo tài liệu thực nghiệm như sau : Nhóm hạt sỏi bao gồm các hạt có đường kính lớn hơn 2mm. Giữa các hạt không hình thành nước mao dẫn. Có tính thấm lófn. Chúng do nhiều khoáng vật hoặc vụn đá tạo thành. Nhóm hạt cất có đường kính hạt từ 2 đến 0,05/?;w. Có hiện tượng mao dẫn. Tính thấm và thoát nước tốt. Cát thường là các hạt khoáng vật đơn độc, ít khi là vụn đá. Nhóm hạt bột có đường kính hạt trong phạm vi 0,05 0,005mw. Nếu trong nhóm hạt cát có thêm hạt bột vào thì tính thấm giảm đi rõ rệt, chiều cao mao dẫn tăng lên, xuất hiện tính dính. Nhóm hạt bột có tính thấm nhỏ, thoát nước khó. Khi ở trạng thái hạt khô thì tính liên kết rất yếu. Không nở trong nước hoặc nở rất ít, dễ tan rã. Nhóm hạt sét có rất nhiều hạt keo của khoáng vật sét như kaolinit, monmorilonit... Vì vậy nhóm này có nhiều đặc tính của knoáng vật sét. 40 Giưa kích thước hạt và thành phẩn khoáng vật có mối liên quan chặt chẽ. Theo N.M.Strakhov và N.B. Vaxeevit (1992) thiiòc nhóm > l 4- 2mm hầu hết là các vụn đá, thuộc nhóm < 0,005mm chủ yếu là mảnh vụn miiscovit và khoáng vật sét; còn nhóm 2 4- 0,005mA?? tập trung các khoáng vật phi sét. Các khoáng vật dễ bị phong hoá hoá học như íenpat, biotit thường chỉ thấy trong đá kiến trúc hạt lóín. Trong khi đó các khoáng vật sét có tính ổn định hoá học cao, nên có thể ở dạng phân tán cao nhất. Dưới đây ta mô tả một số loại đất đá trầm tích. Cuội, sỏi : Đại bộ phận chúng là mảnh vỡ vụn của đá macma, đá biến chất và đá trầm tích. Có rất nhiều hình dạng khác nhau và thường được mài tròn cạnh. Cuội sỏi thường nằm thành lớp, thấu kính, tầng nghiêng. Hay gặp ở các lũng sông suối miền núi. Bảng 1-7. Bảng phản nhóm theo đường kính hạt Nhóm hạt Đá lăn, đá hộc Dăm (góc cạnh), cuội (tròn cạnh) Sạn (góc cạnh) sỏi (tròn cạnh) Cát lớn vừa nhỏ rất lớn lớri vừa nhỏ thô vừa nhỏ thô vừa nhỏ Kích thước hạt (mm) Việt Nam 800 400 200 — 100 60 40 20 — 10 5 2 — 0,5 0,25 0,10 Mỹ 256 '64 Bột Sét keo min thô nhỏ - 0,05 - 0,01 - 0,005 - - 0,0 02- 0,0625 0,0039 Tính ép co của cuội, sỏi nhỏ, vì vậy đập, cống... có thể xây dựng trực tiếp trên nền cuội, sỏi. Nhưng nó có tính thấm nước lớn, cho nên cần có biện pháp chống thấm cho công trình. Cuội, sỏi còn dùng làm vật liệu xây dựng như trộn bê tông, làm tầng lọc, rải đường... Cút : Thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, ngoài ra có manhetit, mica, íenpat... Màu của cát thường trắng, xám, nâu. Hạt có thể mài tròn hay sắc cạnh. Căn cứ vào lượng phần trăm (tính theo trọng lượng cát khô) của một số cỡ hạt có thể chia ra các loại sau : 41 Tên đất Cát, sỏi Cát thô Cát vừa Cát nhỏ Cát bôt riêu clniẩn phân loại Trọnc lượng hạt lớii hmi 2nìnì chiếm hơn 25% 0,5iìini chiếm hơn 25% 025mm chiếm hcni 50% 0,I0«Í/?Ỉ chiếm hơn 15% 0,10;»/» ít hơn 75% Về nguồn gốc cát là trầm tích cơ học do nước và sió vận chuyển và tích đọng lại mà thành. Độ lỗ rỗng lớn thường từ 36 -í- 40%. Khi hị khô, ư(ýt thể tích hầu như không bị thay đổi. Tính thấm nước và thoát nước khá lớn. Tầne cát thường là tầng chứa nước dưới đất rất tốt. Khi tăng tải trọng, cát bị nén chặt nhanh nhưn<> dộ lúii không lớn. Cát khô bị chấn động lún rõ rệt, vì vậy nền cát không thích hợp với CÒIIÍÍ trình có chấn động như trạm bơm, nhà máy thuỷ điện. Cát bão hoà nước dễ sinh hiện tượng cát chảy, đặc biệt khi trong cát có chứa nhiều hạt sét, hạt bột. Cát chảy gây trở ngại lớn cho thi cóng hô' inóng, kênh dẫn... Cát dùng làm vật liệu xây dựng thì ngoài kích thước, h'inh dạng, thành phần khoáng vật của hạt còn cần chú ý các tạp chất chứa trong cát. Ví dụ như cát dùng làm bêtông tốt phải là cát hạt không đều, hạt có góc cạnh ; không lẫn sét, oxit sắt và niica. Đất cút pha : Có lượng hạt sét từ 2 H- 10%. Đã có một ít tính dính. Tính thấm nước không lớn. Độ cao mao đẫn khoảng l,5m. Khi đất cát pha có thành phần hạt bột trên 30% thì phát sinh hiện tượng bùn nhão khi găp nước và bụi tơi khi khô. Đất cát pha có thể sinh ra hiện tượng đất chảy. Đất sét pha : Có lương hat sót từ 10 4- 30%. Đã có (lặc tính của nhóm hat sét ở một trình độ nhất định. Tính dẻo tưoTig đối lcVn. Tính thiún nước Iiliỏ, có thể dùng làm tưòìig chống thấm trong đập hay làm vật liệu đắp. Tính é|i co so với cát tăng lên rõ rệt. Đất sét pha thường gặp ở đồng bằng, ven hồ, lũng sông thoái iioặc cử;i sông. Đất sét là loại đất phân bố rộiig rãi trên miit đâì. Cữ hạt nhỏ hofn ữ,ữQ5mm chiếm trên 30%. Khoáng vật trong đất phần lớn là loại khoáiic vật sét như kaolinit, ilit, m onm orilonit; ngoài ra còn có thạch anh, mica, clorit, opan, oxit sắt, thạch cao... Trong đất sét có thể gặp các vật chất hữu cơ phân tán (mùn, bituni...), xác sinh vật. Đất sét có nhiều màu khác nhau : trắng, vàng, xám đen... phụ thuộc vào rnàu của tạp chất (oxit sắt, chất hữu cơ). Đại đa số đất sét được hình thành ở hồ, đầm lầy và ờ cửa sông. Ban đầu, khi vừa trầm đọng, thì ở trên mặt hạt sét có hấp phụ một màng nước tương đối dày và một sô' ion. Trầm tích này kết cấu mềm yếu ; độ lỗ rỗng rất lớn có thê đạt tới 50 -ỉ- 70%, và trong lỗ rỗng chứa đầy nước, gọi là bùn đọng. Bùn qua nén chặt, sẽ thoát nước, dần hình thành đất sét. Một số loại đất sét là sản phẩm phong hoá của đá macma và biến chất, đó là sét tàn tích (xem chương VIII). Đất sét có tính dẻo, tính dính, tínli trươnẹ IIỜ và ép co rất lớn ; nhưng tính tan rữa chậm hcm đất bột. ở mức độ nhất định, đất sét có đặc điếm của hệ keo như trao đổi ion, tính hấp 42 phụ, tính ngưng tụ và xúc biến. Các đãc tính nàv của đất sét có ý nghĩa quan trọng đối với việc xây dựiig công trình. Lợi dụng tính trao dổi ion có thể làm thay đổi một vài tính chất vật lý, xây dựng của đất. Ví dụ, ở Liên Xô (cữ), khi xây dựng một kênh giao thông, người ta đã làm cho d u n g dịch bão hoà chảy hai bên mái kênh, để đất thu hút c á c ion Na'^, do đó giảm tính thấm nước của kênh. Tính thấm nước của đất sét rất nhỏ. trong thực tế có thể coi như không thấm, vì vậy đất sét thường được dùng làm vật liệu chống thâm như tường tâm, tường nghiêng... Công trình xày dựng trên nền đất sét có khả năng lún nhiều \'à lún lâu dài. Ví dụ như tháp Pidơ (Ý) bị lún và lún lệch tâm kéo dài trên 800 nãm, cho dến nay còn chưa chấm dứt. Trầm tích gắn kết là trầm tích đã hoá đá. Dựa vào hàm lượng của các cỡ hạt người ta chia đá trầm tích gắn kết ra các loại sau : Cuội kết, (ỉăiìi kết là loại trầm tích vụn đã được gắn kết ; trong đó các hạt có đường kính k'm h(íii 2mni chiếm trên 50% ; loại tròn cạnh là cuội kết, còn loại góc cạnh là dăm kết. Dăni kết thường có nguồn gốc phá huy kiên tạo, nên đa số có thành phần của hạt và ximãng eiỏng nhau, sự phân bố của nó có liên quan tới các đới phá huỷ đứt gãy (xem chưtmg II). ềe-, Hình I~16. i)á Irầni ticb IIÔII nếp Cuội kết thì thường do nhiều loại vụn đá hoặc khoáng vật kết thành. Vật chất gắn kết thường thấy là sét, vôi, silit, oxit sắt. Cát kết (sa thạch) là loại đá do cát gắn kết lại mà thành; cỡ hạt có đường kính 2,0 ^Q,\mm '’hiếm trên 50%. Căn cứ vào hàm lượng các cỡ hạt chiếm ưu thế còn chia ra cát kết hạt thô li^ích thước hạt trên 0,5nir?i), cát kết hạt vừa (0,5 ^ 0,25//////) và cát kết hạt nhỏ (dưới 0,25ỉfini). Ngoài ra, cân cứ vào thành phần khoáng vật tạo đá, hoặc thành phần ximăng gắn kết mà có các tên gọi sau : cát kết thạch anh, cát kết ximăng vôi, cát kết có thành phần phức tạp... Chất gắn kết có thể là vôi, silit... 43 Trong thiên nhiên, cát kết có tlic tạo thành các lớp dày hoặc thấu kính, ớ nước ta cát kết rất phổ biến, có thể gặp ở nhiều noi Iilur Hà Bắc (cũ), Lạng Sơn, llianh Hoá, dãy Trưòng Sơn... Bột kết (aleurolit) là đá vụn kêì mà các hạt có đưòng kính 0,1 0,005/?7m chiếm trên 50%. Phân bố khá rộng rãi tron» các loại đá trầm tích cơ học. Tính chất giống như cát kết nhưng cường độ nhỏ hơn. Bột kết thườna thấy ở các vùnc phân bố cát kết ; nó nằm ở dạng chuyển tiếp từ cát kết sang sét kết. Séí kết (acgilit) là do đất sét thoát nước kết chặt sít lại và thường tạo thành các lớp mỏng. Căn cứ vào thành phần có thể có các loại : sét kết vôi, sét kết săt, sét kết silit. Trong trầm tích gắn kết thì sét kết là loại mềm yếu nhất chí có sét kết silit là co cườiic độ tưcmg đối cao hơn, X ây dựng cô n s trình thủy côn g ờ vùng sét kết cần đăc biêt chú V dèn tính hoá mềm của đá khi bị ngậrn luiức. Một sò đá sét kết sau khi ngậm nước vài ngay co thể biến thành bùn nhão, cường độ giám đi rất nhiều, ví du như sét vôi. ơ nước ta, sét kết cũng là loại đá hết sức phổ biến, phân bố ừ cá Bắc, Trung, Nam. 2. Đá trầm tích sinh hoá Người ta phân loại đá trầm tícli sinh hoá theo thành phần hoá học (xem hả/ìiỊ I-S) và phổ biến là các loại đá sau đây : Bảng 1-8. Phân loại đá trám tích sinh hóa chú yếu Tên các loại trầm tích TTiành phán chủ yếu Tén các đá chu yếu Oxit nhôm, sắt Ooxít nhỏm chứa nước Lateril, bauxil Silií Oxit silil Điatomit, opan Fotforit Fotfat Fíá fotfat (apatit) CacbonatCacbonat can xi Đá vối, đá vôi vỏ Cacbonat magic Đolomit Sunfat và halogenua Sunfat, Ca, Mg và halit Thạch cao, anhiđrit, ưiuối mỏ, rniiối kali Than, bitum Cacbon,cacbua hiđro Than bùn, sét chứa dầu Đá vôi có thể là trầm tích hoá học hay là xác của sinh vật tích tụ lại và thường có cậu tạo đặc sít hoặc tinh thể rất nhỏ. Thành phần chủ yếu là canxit, rồi đến đolomit. về tạp chất có manhetit, thạch anh, sét, pirit... Dựa vào thành phần tạp chất có thể chia ra : đá vôi silic, đá vôi bùn, đá vôi sắt. . Màu của đá vôi phần nhiều là xám sẫm, xám nhạt, vàng xám... phụ thuộc vào màu của tạp chất. Loại đá vôi trứng cá nguồn gốc hoá học. Mỗi “trứng cá” là một hạt CaCOg có cấu tạo đồng tâm. Chất gắn kết chủ yếư cũng là CaCỌ3. Cường độ chịu nén của đá vôi trứng cá tương đối nhỏ. Đá dễ bị phong hoá. Đá vôi vỏ, đá vôi san hô thuộc nsuồn gốc sinh vật. Đa số có cường độ chịu nén cao (trừ đá vòi vỏ), ở nước ta, đá vôi vỏ ở Diễn Châu (Nghệ An) tạo thành các lófp dày hàng mét. 44 Trong đá vôi thường phổ biến là loại hổn hợp nhiều vật liệu khác nhau. Đặc trưng cho loại này có đá vôi chứa sét, đá vòi đolomil. Đú vôi chứa sét tạo ihành do hỗn hợp canxit và sét; có khi còn lẫn đolomit, silit, opan, gloconit. Sự trầm tích đồng thời vật liệu cacbonat và sét đưa đến hình thành nhóm đá vôi cliứa sét có hàm lượng canxit khác nhau như Ị)ản'ị 1-9 dưới đây. Bảng 1-9. Các loại đá vói chứa sét Tên đá Hàm lượng CaCO-Ị (%) Sét vỏi ị 5 + 25 Macnơ 25 ^ 50 Vôi sét 50 - 75 Đá vôi 75+100 1 Đá vôi cJiứu đolo/nit trên 50% thì cọi là đá đolomit. Căn cứ vào tỷ lệ hàm lượng của canxit và đolomit, ta có một số đá trung gian sau (xem hchìg I-IO). Báng I-IO. Các loại đá vôi chứa đolomit Tên đáHàm lượiig (%) Canxit - CaC03 Đolomit - CaC0 3 . MgCƠ3 Đá vôi 100 -95 0-^5 Đá vôi đôlomit 9,-S 50 5 ^ 5 0 Đá đolomit vôi 50 ^ 5 50 ^ 95 Đá đolomit 0 5 9 5 - 100 Đặc điểm của đá vôi và đơlomit rất giống nhau. Trong đolomit thưòìig có lẫn thạch cao, anhiđrit, thạch anh, opan... Phân biột đá vói với đolomil ở ngoài trời tương đối khó, thường căn cứ vào hiện tượng đolomit không sủi bọt với HCl 10% khi nguội, mà chỉ tác dụng khi axit được đun nóng hay đolomit được tán thành bột. Đá vôi thuộc loại đá có ciròfng độ lớn, nhưng lại dễ bị nước hoà tan, để lại các hang hốc, khe rãnh (hiện tượng karst) sẽ gây khó khãn cho thi công móng công trình ngầm và gây nguy cơ mất nước cho hồ chứa. Đá vôi là một loại vật liệu xây dựng quan trọng để rải đường, lát mái đập, xây móng... ở nước ta, đá vôi phân bố khá rộng rãi tạo nên các dải núi lớn ở khu Đông Bắc (dãy Bắc Sơn, Quảng Uyên, Đồng Văn) ; khu Tây Bắc kéo dài từ Sơn La, Mộc Châu, qua Hoà Bình về tới Thanh Hóa. Ngoài ra còn có rải rác ở Nghệ An, Quảng Bình... ở miền Nam có ít hơn, chỉ thấy ở cực tây Nam Bộ. §6. ĐÁ BIẾN CHẤT Đá biến chất là do đá trầm tích hay đá macma dưới tác dụng của nhiệt độ cao, áp lực lớn liav do các phản ứng hoá học với macma, bị biến đổi mãnh liệt về thành phần, tính cliất mà 45 thành. Trong thực tế, các nhân tố iiày biến cìiá: đổiìti tỉij'i tác duni;. nliiinc dựa vào nhân tố chủ yếu có thể chia ra ; Biếu chất tiếp xúc xảy ra ơ khu vưc tiếp II ;'tỊi tiũa : ^âu. áp luc \à nhiệt độ của quả dất càng tăng lên, do vậy tác dụníỉ hiến chái nàv sẽ lãii<2 (lán ihco chiổu sáu và o'độ sâu lón hơn 6 Skm thì thể hiện rất rõ rệt, có thê xuâì liiện 'nóníỉ chay" CIIC hộ lioiie clá. 6.1. Thế nằm của đá biến chát Đá biến chất có dạng thế nằm giống với đá ban đầu đã tạo nên nó; dạns lớp của đá trầm tích, dạng nấm, dang mạch của đá macma... Đá biến chái tiếp xúc có dạng thế nằm ricng, nó thường ở dạng các vành đai có các mức độ biến chất khác nhau bao quanh khối macma gây ra biến chíít {M'ni hình 1-17). Do vậy nó có thổ gày ra sư không đổng nhất về các lính chất vàt lý, cơ học. Hình Ị-17. DíHìo tlìv'ìì.hì! diíi ilú hiên chất ticỊì .\i'n I . Dá tyầ'ìì lích: 2. í)á ìiuh ìiM : .V Oá hiến ( hất. 6.2. Thành phần khoáng vật cúa đá biến chát Thành phần khoáng vật cùa dá hiên chất tian uiốiiíí vứi ihànli phán khoáng vật của đá macma. Trong chúng cũng phổ biến các loại khoáim vật Iihư : tliạch anh, fenpat, piroxen, amfibon, mica... Ngoài ra có thc eặp các khoáng vật mà trơnií đá macma rất hiếm hoặc không có, như ; granat, disten, andalusit, cocdierit, clorit... Trong đá biến chất, đóng vai trò lớn là những khoáng vật mà ở trong đá macma là thứ sinh như clorit, cacbonat, epidot... Đó là các khoáng vật dặc trưng để phân biệt đá biến chất với các đá khác. Trong quá trình biến chất, hiđrat dạntí keo và các hợp chất "iàu nước, bền vững trong điều kiện trên mặt đất sẽ mất nước, hiến thành khoánỉĩ vật khôns chứa nước hay nghèo nước, ví dụ như limonit và hidroxil sãt biến thành hcinantit \'à nianhctit; linhit và antraxit thành grafit ; silicat nhôm ngàm niróc và các hiđroxit sắt (thành phần chù yếu tạo ncn dất sét) biến thành các khoány vậl như' eranat, mica, silical alumin đoìi cián. Trong điều kiện m ới, nhin chung các khoáng vật trôn có xu hưứim mất nước, eiáni nhó tliể tích, vì vậy trọníĩ lượng riêng lớn lên. 46 Nhìn chung, các khoáng vật CLKI đá biên chất có cường độ cao, nhưng kém ổn định đối với tác dụng phonu hoá ; một sô' khoáiiíĩ vậi do có linh thè' dạiig tấm, dạng vảy hoặc có tính trưn Irượi đã làm giảm nhiều cườim dó cỉia đ;í biến chất. 6.3. Kiến trúc và cấu tạo cúa đá biến chát Kiên trúc của đá biến chất có các loại sau : Kiến trúc hiêh tinh: Các khoáns vật của đá ban đầu có thể được kết tinh (trưòfng hợp biến chất từ đá trầm tích gắn kết) hoặc tái kết linh (đối với đá m acm a và trầm tích hoá học). Sự kết tinh này cỉia khoáng vật xáy ra ở trạns thái cứng. Còn 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 thế khoáng vật, có thể có khoáng vật mói xuất hiện, gọi là hiện tượng kết tinh do tái nóng chày biến tinh. Sự phân loại gọi tên kiến trúc kết tinh ỏ' đày cũng giống như đối với đá macma và để phân biệt, tất cả các tên gọi kiến triic đều có thêm chữ “biến tinh”. Ví dụ như : kiến trúc hạt biến tinh đều, hạt biến tinh không đều. ở dá biến chất, trong nhiều trường họp, mối liên kêì cũng như mạng lưới tinh thể là chưa hoàn cliình, vì thế liên kết các hạt kém bển vững so với đá macma. - Kiữ/I tiitc lììiloiiit: đặc trưng cho đá bièn chất động iực. Do tác dụng của lực ép kiến tạo, đá hị nghiền nát vụn và có thể được các khoáng vật khác gắn kết lại. Loại kiến trúc này thường kém ốn định với nước. Đá có kiến Inìc rnilonit khi gặp nước rất rnau bị tan rữa. - Kiếỉì trúc vảy: đặc trưng cho đá có klioáng vậl ở dạng vảy, dạng phiến được định liirớntí theo một phương nào đó. Kiến Iriìc Iiày đặc trittig cho các loại đá phiến và thường kém ổn dịiih khi chịu phong hoá. Cấu tạo của đá biến chất có rất nhiều khác biệt so với các loại đá khác, vì vậy nó có ý nghĩa lứn đối với việc xác định đá và có ảnh hưởng quyết định đến tính chất xây dựng của đá. Ta có thể nêu ra các loại cấu tạo sau; - Cấu tạo khối'. Các khoáng vật phân bố đỏng đều trong đá. Cấu tạo khối có ở đá có thành pliần tương đối đồng nhất và trong quá trình biến chất vẫn giữ nguyên được đặc tính đó. - Cấu tạo íỊơnai (cấu tạo dải): Các khoáng vật dạng trụ, dạng tấm, dạng phiến sắp xếp định hướng theo một phưofng nhất định tạo thcành dải. Giữa các dải thường xen các khoáng vật dạng hạt. Loại đá có cấu tạo này thường có tinh thổ lớn và đặc trưng cho mức độ biến chất cao, đá có hiện tưọfng "nóng cháy" cục bộ. Câu tạo gơnai thành tạo do cấu tạo của đá cũ còn bảo tồn lại hoặc được xuất hiện trong quá trình biến chất. Đá không đồng nhất về thành pliổa, khi biến chất thì các khoáng vật cứng, khó chảy, được tách khỏi loại có tính dẻo, mềm, c ì chảy tạo thành các dải riêng. - Cấu tạo phiến: Gây ra do sự định hướnc của khoái o vật dưới tác dụng của áp lực thu}' rĩnh trong quá trình tái kết tinh đá. Các khoáng vật iạng tấm, dạng vảy sẽ sắp xếp đế pliươiig kéo dài của tinh thể vuông góc với phương áp lực. Trong một số trường hợp, khoáng vật có tính dễ tách hoàn toàn có thê bố trí mặt dễ tách song song với mặt phiến (ví dụ như niica trong đá phiến mica). 47 o) à) Hình 1-18. a) Plìiciì lluKÌì sét .\ƯIÌ kẹp với l út kct h) Đá lúén chái (lỡ có tái Iiání> c/uiy cục họ (Mỹ) 48 Cưòng độ và các tính chất khác như dẫn điện, dản nhiệt, tính thấm của đá có cấu tạo phiến, cấu tạo gơnai sẽ thay đổi theo các phương khác nhau. Đặc biệt cường độ liên kết giữa các phiến rất yếu, có thể dỗ dànq tách theo mặt phân phiến. Đối với xây dựng đá biến chất tốt nhất là có cấu tạo khối. Đá macma sau khi bị biến chất thường có cường độ giảm đi, còn đá trầm tích thì ngược lại, cường độ lại tăng lên. Một trong các yếu tố cơ bản làm tăng cường độ là chuyển đá từ loại liên kết gắn kết sang liên kết kếl tinh, với mật đô lănR cao lên. 6.4. Phân loại đá biến chát và đặc tính của một sỏ đá biến chất chính Yếu tố ảnh hưởng lớn đến tính chất xàv dLiTia của đá biên chất là cấu tạo và thành phần khoáng vạt, vì vậy trước hết dựa vào cấu tạo chia ra đá có cấu tạo gơnai, cấu tạo phiến và cấu tạo khối, sau đó trong từng loại cấu tạo, ta dề cập tới thành phần khoáng vật chủ yếu của đá. /. Đá có cấu tạo gơnai Tiêu biểu là đá gơnai. Loại đá này có thể do đá macnia hay đá trầm tích biến chất mà thành. Loại trước gọi là octogoTiai, loai sau là paragơnai. Căn cứ vào thành phần khoáng vật chia ra : gơnai amíibon, gơiiai plagiocla, conai silimanit... Gonai thường có kiến trúc kết tinh hạt thô đểu hoặc khóĩig đều. Có cấu tạo gơiiai điển hình. Nếu khoáng vật dạng tấm, dạng irụ ít thì cấu tạo gtTnai không rõ rệt và giống cấu tạo khối. Nói chung gcínai là loại đá dìiiií: làni nổn côiig trình Iirơnc đối tốt, nhưng nếu hàm lưcmg mica tăng lên thì cường độ Ễrjảni (li, lốr dò phctiií’ hoá tăiiị? nhanh. ở nước ta, gcfnai gập ở núi Gôi (Nam Định), ihượng nguổn Sông Chu. Bắc Cạn, cao nguyên Kon Tum, Đắc Lắc, Plâycii. 2. Đá có cấu tạo phiến Tiêu biểu là philit và đá phiến. Plìilit là do đá sét biến chất tạo nên. Khoáng vật chứ yếu có mica, clorit, thạch anh..., tinh thể rất nhỏ, không nhìn thấy bằng mắt thường. Philit có màu vàng lục, màu đất nâu, đen xám. Cấu tạo dạng đặc sít. Mật phiến thường có ánh xà cừ do các vảy mica phủ lên. Philit biến chất cao hcfn thì thành đá phiến. ở nước ta, philit có thể gặp ở Hồi Xuân (Thanh Hoá), Tây Chang (Điện Biên), thượng nguồn Sông Hiếu... Đá phiến là loại đá biến chất thưòTis gặp nhất ịhình Ỉ-ÌH). Tliành phần khoáng vật không giống nhau nên có nhiều tên khác nhau. Phố biến nhất là đá phiến mica (chủ yếu có mica, thạch anh) ; nó khác với gơnai là khónc chứa fenpat, sau dến đá phiến amíibon (chủ yếu có ainfibon và thạch anh), đá phiến clorit (chủ yếu có clorit, thạch anh). Đặc trưng của loại đá này là có cấu tạo phiến, nhưng nhiều khi dạng phiến không rõ rệt, nhất là khi hàm lượng thạch anh ironạ đá tăng lên. 49 Cường độ của đá phiến thưÒTie thấp, do có t ính phàn phièn nên dề bị phong hoá và irượi theo mặt phiến, ở nưóc ta, đá phiếii gãp nhiều 0' \en Sôiig Thao (Phú Thọ đi Lào Cai), Tuần Giáo (Điện Biên), Sông Mã, Sòng Hiếu, Hircync Khê (Hà Tĩnli), Nam Trung Bộ... 3. Đá có cấu tạo khối Quaczit đo đá cáí "kết thạch anh biến chất :ạo thành. Càii tạo khổi đặc sít. Khoáng vật phụ có mica, manhetit, amfibon. Màu trắng đén đen xáni, Qwaczit íà loại đá rắn chắc, khó phong hoá ; nhưng việc khai thác và sia công khó, vì vậy ít được đùng làm vật liệu xây dimg. Quaczit ở nước ta có ở Tuần Giáo (Điện Bién), Phanxipãng, Đông Sơn (Thanh Hoá), Kon Tum, Đà Lạt... Đá hoa là do đá vôi tái kết tinh lạo nên. Chúim thường phân bố ở vùng tiếp giáp giữa đá vòi và đá granit. Khoáng vật chủ yếu có canxit, đolomit. Có các loại kiến trúc hạt thô, hạt vừa và hat nhỏ. Đá hoa thuần khiết có màu trắng : khi có tạp chất thì có nhiều màu ; xám vàng, trắng xanh. Nhiều loại đá hoa rất đẹp nên thường được dùng làm vật liệu kiến trúc. Đá hoa sủi bọt với HCl 10% như đá vôi, nên dễ nhạn biết. Cường độ của đá hoa thay đổi tuỳ theo thành phần tạp chất. Khi chứa pirit, nó bị phong hoá rất mau. Do đá có tính chống phong hoá và chống nước kém, cho nên không thích hợp dùng làm nền các công trình thuỷ cóng. ở nước ta, gặp đá hoa ở Ké Sở (}ià Nam), Tuần Giáo (Điện Biên), Phanxipăiig. Đông Sơn (Thanh Hoá), Plâycu... Cũng cần chú ý rằng đá biến chất là do các đá inacnia, trầm tích bị tác động của áp lực lớn, nhiệt độ cao trong thừi eian rât dài nià thành. Tuỳ theo mức độ và thời gian tác động của các yếu tố gây biến chấi nià đá có Iihữiig mức độ biên chất khác nhau. Trong thực tế, đối với nhiều loại đá, khi mức đô biến chất chưa cao, thì việc xác định và phân loại cũng rất khó khăn, đối với đá có nguồn gốc trầm tích, trong trường htyp này gọi là đá "trầm tích - biến chất". §7. PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ THEO QUAN ĐlỂ.M ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 7.1. Mục đích, cơ sở phân loại Việc phân loại các đối tượng nghiên cứii là một phần cơ bản của bất ký'kh'òa'hậc nào. Vì nghiên cứu đối tượng không thể không hệ thống hoá chúng theo các quỹ’luật nhất định. Nó phản ánh mức độ và nội dung nghiên cứii đối tượng đó và tạo cho việc ngriỉên cứj được thuận tiện hơn. Phân loại đất đá theo quan điểm địa chất công trình, do đó, cũng.là.phncmg tiện và phương pháp nhận thức đất đá. Phân loại đất đá theo quan điểm địa chất công trình nhằm các mục đích sau: - Xác định phưofng hướng và phươníí pháp nghiên cứii địa chất công trình chỌị^ấỊ Ịá. - Thiết lập các bảng biểu kinh nghiệm về các đặc trưng địa chất công trình cho'nh4m đấ đá theo tính chất xây dựng, giúp cho việc đánh giá sơ bộ đất đá có cơ sở hơn. 50 - Thiết lập các mối tươns quan giữa các đặc trưng vạt lý, cư học của đất đá. - Chon lựa và quy định các biện pháp kv thiiàt cài tạo tính chất đất đá trong xây dựng. Ta biết rằng, theo nguồn gốc hình thành, đất đá được chia ra đá macma trầm tích và biến chất. Mỗi loại đất đá có nguồn gốc khác nhau có các đặc trưng và tính chất riêng. Quan trọng nhất trong các đặc trưng đó là: ihành phần khoáng vật, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm. Trạng thái vật lý và tính chất cơ lý là hâu quá trực tiếp của điều kiện tổn tại của đất đá trong vó quả đất. Tất cả các dấu hiệu nguồn gốc quan trọng này cho phép ta phân ra nhiều dạng thạch học của đất đá. Các dạng nauồn gốc và thạch học khác nhau có thế thống nhất vào các nhóm xác định theo tính châì vật lý, cơ học. Mỗi nhóm có các đặc trưng xây dimg riêng (các đặc truĩig về cường độ. biến dạng, tính ổn định và tính thấm nước). Hiện nay, trong địa chất công trình chưa có sư phân loại tổng quát nhất. Điều này liên quan đến sự nghiên cứu chưa đầy đủ tính chất của dất đá và do khó khăn là bảng phân loại độc nhất đó lại phái thoả mãn các vêii cầu khác nhau của thực liễn xây dựng. Do đó tồn tại hai cách phân loại; chuyên môn (riẻntỉ) và tổna quát (chung). Phân loại chuyên tỉìôii là dựa iheo nhCmg yêu cáu nào dó của một loại công tác xây dựng, ví dụ khả năng biến dạng của ncn, sự ổn định của mái dốc, độ kiên cố, mức độ thấm nước hoặc hâp thụ nước... để phân loại đất đá. Plìâii loại ỉổniỊ íịiiút là phân loại clìing cb.o tất cà các ng;\nh xây dựng, thưòng mang tính chất chung chung. Nó đề cập lới mòi vài hoặc nhicii dấu hiẹii cùa đất đá. Tất cả các loại đất đá phổ biến nhất được phàn chia Ihco các đíic trirní’ xây dưng cLÌa nó. Dĩ nhiên, phân loại chung kém chi tiết, vì vậy cần được bổ suiiị! bằng phân loại cluiyên môn. 7.2. Đặc tính cúa đất đá được phân loại theo quan điếm địa chất công trình Hiện nay, thường dừng bảng phàn loại lổng quát cúa F.p. Xavarenxki (1937) và đã được V.Đ. Lomtađze bố sung nãm 1968 {híhiỊĩ l-l I). Đất clá đươc chia ra 5 loại chủ yếu là đá cứng, đá nửa cứng, đất xốp rời, đất mềm dính và đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt. Đá cứtìị> là loại đá hoàn chỉnh nhất trong xây dựng. Nó bao gồm đại bộ phận đá macma, đá biến chất, đá trầm tích hoá học và trầm tích gắn kết chắc. Có cường độ ổn định cao, biến dạng nhỏ, thấm nước yếu. Vùng phân bố đá này rất thuận lợi để xây dựng bất kỳ loại công trình nào và thường không cần dùng các biện pháp phức tạp đế đảm bảo sự ổn định của nó. Đá nửa cứng bao gồm các loại đá címg, đá bị phong hoá nứt nẻ mạnh, các đá trầm tích có cường độ gắn kết thấp. Loại này khác đá cimg là cưòìig độ và tính ổn định kém hơn, biến dạng tương đối cao, thấm nước tương đôi lớn. Vùng phân bố đá nửa círng, trong nhiéu trirờim hơp. ihiiận tiện đê xây dựng các loại công trình khác nhau, nhưng cần có điểu kiện giới han nh:ìì định và phải dùng các biện pháp công trình phức tạp để xứ lý. 51 Đất xốp rời như cát, cuội, sói...là các liại cứng chắc, ổn định và có cường độ cao. Tuy nhiên mối liên kết giữa các hạt hầu như khỏní’ có, độ rỗng lớn và dễ bị thay đổi do tác dụng cơ học bên ngoài (đặc biệt là lai trọim đònií). Ngậm nước ít và thấm nước mạnh. Đất mềm dính bao gồm các loại đẫi sét, đất sét pha, cát pha. Tliành phần khoáng vật khá phức tạp. Đa số có cường độ thấp, khỏiiíỉ ổn định. Mối liên kết giữa các hạt chủ yếu là liên kết keo nước. Loại này co cườiiR độ thấp, thấm nước kéni hoặc không thấm nước, ép co mạnh. Đất có thành phần trạ/iỵ ĩlìái và tinh chất âặc hiệt thì có thể lấy ví dụ như đất muối hoá, đất than bùn, thổ nhưỡng... Thành phẩn khoáng vật rất phức tạp, thưòíng không ổn định. Hàm lượng muối khoáng, chất hữu cơ tưong đối lớn. Lượng ngậm nước cao, độ lỗ rỗng rất lớn. Đất dễ bị chảy loãng dưới tác dung cơ hoc. Cường độ chịu lực rất thấp. Việc xây dựng trên đất xốp rời và mềm dính cần có điều kiện hạn chế và thường phải xử lý bằng các biện pháp kỹ thuật. Người ta thưÒTig tránh xây dựng ở vùng phân bố đất đá có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt. / ị Ịp-p Đá trầm tirh V' . V Hình I-I9, Chu Kỷ hiên đổi củơ đấĩ đá theo sự chuyển hoá của địa chất 52 Bảng I-ll. Phân loại đá theo quan điểm địa chát cõng trinh của P.P.Xavorcnxki m đá Dang nguồn gốc và thach hoc TÍNH CIIẤÌ VẦT LÝ CO IIOC' Vật lý Tỉiủy lý G>’ học 3 4 5 ---—H 1-----------------— ------------- cứng 1 Các loại đá macma, đá biến chất, các đá trầm tích như cát kết, cuội kết, ximăng bền vững ; đá vòi, đôlômít cứng và bền vững. Mật độ cao, (2,65 - 3A0gỉcm-} độ rỗng khòng lớn (vài phần trãm) Khôníĩ húl ẩm và lioà laíi. Chỉ thấm theo các khe nứt, hệ số thấm khỏiig q\iá 10 mlng.d. Lưu lượng hấp ihụ đơn vỊ nhỏ {cỊ < 5 Hph) 1 Cirờn” độ và tính đàn hổi Ciio., chống nen : 500 ^ 4000 kGltrưọl : 200 1000 kữcììr ; kÔn định ở sườn dốc. Môđiin tổn" quát trên 100.000 kCĩỉcnr.sát cửa bẽtòníĩ trên dá này đạt Hệ số kiên cố > 8. Khai thCó tính dầnụ hướne troim khối nửa Các đá macrna, biến Mật dộ cao (2,20 Ị Đỏ áni nhò. l'ínlì íhâni pluỉ chất bị phong hoá, mrt nẻ mạnh. Các đá trầm tích, cát kết, cuội kết, bột kết có ximăng sét, sét kết, đá vôi, đolomít chứa sét. 2,65 dô rỏna đạl 10 - 15%, cá biệr. có thể cao hơn ' thuộc nìức độ nứ! nẻ Viỉ pỉioim hóa. Hệ số tlìủnì biến đổi từ 0,5 30 mỉỉì^.d (í/ tới \5iiph) ở đá thấin nước yếu và trên 30ỉĩỉ/ỉì'^.d { C Ị > 15///>/7) ở đá thấm nước manh ‘S{){)k(ìh n}\ íninu bình : 25 ■: \lìhỏ : < 25kGlcfìr. Sức chốnĩ){)k(}!cỉ}r ờ đá ben vữn^, ỊO ^ đá độ bcn trung bìiìlì và < \{)độ ben yếu. Môđun biến dạng dưới 20.000 kữcnr tới trêkG/cm\ Hệ số ma sát của bêtôđá này ; 0,3 0,55. Độ ổn đị dốc phụ thuộc mức độ nứt nẻ, Hệ số kiên cố trung bình : 2 bằng thiết bị xung kích và nổ.có tính lưu biến. Bảng M l. (tiếp theo) xốpDăm, cuội, cát, sạn Mật độ 1,40 -í- \,90g/cm\ độ rỗng : 25 - 40%, biến đổi trong phạm vi rộng Không hút ẩm hay độ ẩm nhỏ. Thực tế không hòa tan. Thấm nước, hệ sò' thấm tới 30m/ng.đ Cường độ phụ thuộc vào mật truc. Môđun biến dạng tổng q100 tới ìOOOkG/cm\ Hệ sô' m= 0 25 -ỉ- 0,60 có tính ép co. Hnhỏ A < 2. Sự ổn định ở nền cmái dốc phụ thuộc vào hệ số và cường dô tải trọng. Khaibằng phương pháp cơ hoc, thủ Đất ính ất có phần, Dí^t ^ét, đất sét pha, cai pha Cát chảy, bùn cát, đất bị muối hóa, bùn sét, Mật độ 1,1 - 2,lg/Vm', độ I Độ ẩm biến đổi trong rỗng 25 - 80%. I phạm vi rộng (12 - 80%). ' biứa nước. Không hòa tan. Thấm nước yếu hoặc không thấm, hệ sô' thấm thirờng nhỏ hơii ữ,\mlng.đ. Cường độ biến đổi trong ph phụ thuộc vào độ ảm và mâtbiến dạng biên đổi từ 25 lOOkG/cnr. Ép co và ép co ma sát trong nhỏ / = 0,15 + kiên cô' không UÍÍIIA. ^ 2. Sư ổdốc phụ thuộc đ ộ ẩm của đ ấmai dốc. Khai thác bằng phưCổn«’ cơ hoc. Có tính lirii biế thái h chất iệt than bùn, thổ nhưỡng, thạch cao, thạch cao khan, muối mỏ, đất đắp Dất thuộc nhóm này có các đặc trưng đặc biệt, cần có phương pháp riêng để khảo sát và đánh giá CHƯƠNG II KIẾN TẠO ĐỊA CHÂT Các hiện tương địa chất không chi làm biến đổi đất đá trong vỏ quả đất, mà đôi khi còn làm thay đổi cả kiến tríic và câu tạo vỏ quả đấl. Hiện tượng biến đổi đất đá, kiến trúc và cấu tạo vỏ quả đất thòng qua chuyển dịch không đồng đều CLÌa vỏ quả đất là hiện tượng kiến tạo địa chất. Chuyến độiiíỉ kiến tạo có ảnh hưởng rất lớn đèn môi trường địa chất, trước hết là ở mặt động lực, sau là sư biên dổi cấu tao địa chất nói chung và cấu tạo đất đá nói riêng. §1. CHLYẾN ĐỘNG KlẾN TẠO ĐIA CHÂT Các số liệu quan trác đã cho thày vỏ qiui dất luôn luôn chuyển động và chuyển động không đổng đều theo các vùng khác nhau và ở các thời gian khác nhau. Người ta đã thấy ở biển khơi đột nhiên nổi lên các hòn dảo ó' nơi này trong khi ờ nơi khác có những đảo chìm di. Nhưng nói chung tốc độ chuycn dịch không lóli. Chắns hạn bờ vịnh Bôtni (Thụy Điển) đang nâng lên với lốc độ 1,2 oiìlnùnu Irong khi đó ở Băng Cốc (Thái Lan) lại thụt xuống với tốc độ \,5viìiỉiìă>ìì. Đáo Xabin (Liên Xô cũ) đang chuyến dịch ngang với tốc độ I Xinlnãm, troníí khi nhiều vùng khác chỉ có tốc độ 2 -ỉ- 3 cmhiăììì hoặc nhỏ hơn. vỏ quả đất vừa tham gia chuyến đông tháng đứns vừa tham gia chuyến động ngang. Sự chuyển động không đổng đều là nguyên nhân cơ bảii phá hoại đất dá và công trình. Hiện nay, người ta còn chưa biết chàc chắn nguyên nhân và đỏng lực của chuyển động kiến tạo, vì vậy đã có nhiều gia thuyết. Có Ihế thấy liai thuvết chủ yếu là : Tliuyt’} ìục (íịd rltủiìiỊ trầm coi vỏ quả đấl chuyến dịch thẳng đứng là chính. Năng lượng chuyển dịch phái siiili clo các quá trình niacnia ; quá Irình này làm nảy sinh ra sự đối lưu vật chất trong vó quá đất. Hậu quá là mậl đất chuyển động nâng hạ sẽ biến lục địa thành biển ; và ngược lại. ó nước ta, có các vệt sóng vỗ trên vách đá vôi ở độ cao 10 -ỉ-15 mét tại vùng Đồng Giao (Ninh Bình); các lớp trầm tích sò hến biển nằm cao 5m trên mực nước biển ở Diễn Châu (Nghệ An) ; các lớp sét phong hoá loang lổ đỏ vàng nằm sâu dưới mực nước gần chục mét ờ đổng bằng sông Hổng và đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả quan sát và đo đạc khoảng dịch chuyển cảa một số đứt gãy sâu ghi trên bảng II-1 cũng nói lên điều đó. ílìuyèt lục địa trói ngcm<ị coi chuyên dịch phát sinh do sự thay đổi tốc độ quay của quả đất quanh trục bắc nam của nó. Cơ sở của thuyết này là sự xuất hiện các dải núi uốn nếp song !iong với kinh tuyến và vĩ tuyến, sư trùng khít về hình dạng và địa chất của sườn lục địa Âu - Phi và Mỹ ở hai bờ Đại Tây Dương. Dùng giả thuyết này cũng có thể giải thích được các quá trình uốn nếp, đứt gãy và phương ưu thế tày bắc - đông nam của các đứt gãy ở nước ta. 5ơ đồ dịch chuyển ngang tạo núi của các mảng lục địa có thể xem trong hình II-1. Lực chuyển động kiến tạo vô cùng lớn, nhưng tốc độ chuyển động nhỏ. Sự va chạm do :huyển động khòiií đổna đều ở chỗ tiếp "iáp giữa các mảng vỏ lục địa có thể là nguyên ihân gâ\’ ra dộns dất. 55 b) ___________ ____ _ í v Ị Ị Ị ^ ^ ; ^ ^ S ^ ^ ^ ^ H í ì S Ỉ | i | i Quyển đa —. ^: - " '*’,*•' "»'>.1^-^-^ O u y ẻ n ttỉém //ìw /ỉ //-7 . S ơ d ồ pììúĩ siỉìh ỉììiưìĩ ỉìììi ỉỉoiỉ ỉìờp íỉo hai nìàn^ lục cỉịd clìuyểỉì dịch ngưỢí nhdỉi a) M à n ^ ĨÌỌ ch ú i .xitốn^ cỉỉíớị }}ichì^ ki(Ị : h) H a i nìáni^ d ồ n é p ììh a u . IV b) Hiỉĩh ỉỉ ‘2. S(ỉ (ỉổ cấu ỈỢŨ nếp uổìì a) Sơ đồ khối một nếp uốn ỉịỏnì có nếp Ìõìn (a) ỉìêp lồi (h) với các mật ĩrục I và 2{ư, h) vâ các tầng đá ĩheo thứĩự ^iù ỉir' ỉ. II, ///, ĨV, V; h) Sơ đồ các yếu ĩốcùa nếp uổn ; A A ' - cỉỉ/ìlì ììé p ỉõnì : B B ' - đ ỉn ìĩ ììếp lồ i : a - i^óc đ ỉn h ; b - chiêu rao : (I - cỉỉỉêiỉ rộìiíỉ ; 1,2,3,4 - cúc điếm uốn 56 §2. CÁC DẠNG C Ấ l' TẠO ĐỊA CHẤT Chuycn động kiến tạo làm biến dạns và phá huv các kiến trúc và cấu tạo ban đầu ở vỏ quả đất, hình thành các hình thái kiến trúc và cấu tạo mới gọi là các cấu tạo do kiến tạo. Dựa vào hình dáng và tính chất của các dạng cấu tạo có thể chia ra là cấu tạo nếp uốn, cấu tạo đứt gãy... Càu tạo nếp uốii, hình thành khi các tầng đá bị Lion COII”, có thể bị nghiêng đảo đi, nhưng vẫn không bị mất tính liên tục của nó. Khi các lớp đá trầm tích và phun trào bị uốn nếp thì các chỗ lồi lên eọi là nếp lồi (bối tà), các chỗ võnq xuống - nếp lõm (hướng tà) (hình ỉ 1-2). Kích thưóc các nếp uốn có thể từ vài mét đến vài kni, thậm chí vài chục km. Các yếu tố của nếp uốn gồm có : - Mặt trục là mặt đi qua đỉnh vòm chia nếp uốn ra làm hai phán đều nhau. Mặt trục có thể phẳng, cong, đứng hoặc nghiêng... - Cínỉh là phần tầnc đá, bị nghiêng đi ở liai bên mặt trục. - Đườn^ trục là giao tuyến giữa mặt trục và mặt tầiiỉỉ đá. ở nếp oằn thường thấy xuất hiện khe nín và bề dày tầng đá bị thay đổi. Khi một nếp uốn bao gổni nhiều nếp uốn nhỏ hơii hợp lại thì gọi là nếp uốn phức. Cấu tạo khe nứt vù cha gây làm cho tầng đá mất tính liên tục và hoàn chỉnh, ở mức độ biến vị thấp trong đá xuất hiện các khe nứt. Khi cưòiig độ lực tác dụng lớn hơn thì xảy ra sự dịch chuyển các phần của tầiii’ đá với Iihau, tạo ra đứỉ iỊí7ỵ. Khe nírt kiến tạo có dãc diéiii cliung là tliưòng sâu, kéo dài, cắt qua nhiều tầng đá và phân bô' theo quy luật nhất định, song song với nhau lioặc cắt nhau theo những góc xác định, tuỳ thuộc phương và cường (lò cua lirc kiễii tạo. Người ta phàn biệt các loại khe nứt kiến tạo như sau : Khe nứt căng thườiig xuất hiện ở vòm liếp uốn và vuông góc với mặt lớp, do đá bị kéo. Có hai hệ thống khe nứt : dọc (song song với trục nếp uốn) và ngang (vuông góc với trục nếp uốn). Khe nirt thường mở rộng với bé mặt không trơn Iihẩn. Khe nứt cắt do lực cắt tạo nên, phân cắt mặt tầng đá (hành các hình thoi. Phương khe nứt cắt thường tạo với trục nếp ưốn một góc xấp xỉ 45°. Mặt khe nứt trơn nhẵn và khép kín. Khe nín túch gặp trong tầng đá bị uốn nếp mạnh. Bao gồm khe nứt tách phá song song với m ặt lớp, m ặt khe nứt m ở rộng và khe nứt tách chảy song son g với m ặt trục, m ặt khe nứt khép kín. Các khe nứt này tách đá thành những khối mặt thoi. Khi các tầng đá dịch chuyển tương đối với nhau theo mặt khe nứt sẽ hình thành đứt gãy (xem hìììli ỊỊ-3). Mặt đứt gãy (iTicặt trượt) được xác định bằng góc nghiêng của nó so với mặt phẳng nằm ngang. Trong quá trình dịch chuyển, đá ở phạm vi lân cận mặt đứt gãy bị nghiền nát vụn, hình thành đới phá huỷ kiến tạo. Cự ly dịch chuyển của tầng đá theo mặt .lít gãy s có thể đạt tới vài nchìn mét. Có thể chia ra cự ly dịch chuyển ngang N và cự ly lịch chuyển đứng H. Phần đá ở hai bên mặt trưọt gọi là cánh, gồm có cánh trên - nằm trên mặt trượt và cánh dưới - nằm dưới mặt trưọt^ 57 Tuỳ theo đặc tính dịch chuycn của các cáỉ:ih, !a cóicic loại : dứt gãy thuận, đứt gày nghịch, đứt gãy ngang, đứt gày chòìn nclìịch {lì.ìiìih Ị1-4) ó) Act N H Hình //-3. Đírí gãy a) Các yếu tố của dih gãy : h) Ảnh chụp một đỉũ gãy ỏ Cdrrigo (Mỹ) Hinh II-4 . Các loại đi'n í^ãỵ Hình II-5. Địa lũy (a) và địa hào (h) a ì Đíơ <^íĩy ĩbuận ; h) Đỉũ gãy nghịch ; (■) Đ ỉã {ịày nỵhịclì chòvì ; d) Đ ứ ĩ g ã y n g a n g Đứt gãy thuận có mặt đứt gãy nghiêng, cánh trên tụt xuống và cánh dưới trồi lên. Đới cà nát rộng, nhưng mức độ cà nất (hấp, khe nih mở rộng. Đứt gãy nghịch có cánh trên trồi lên, cánh dưói tụt xuống. Mặt đứt gãy khép chặt. Khi đứt gãy phát triến mạnh sẽ hình ihành điìt gày nghịch chòìii. 58 Đứt ÍỊŨV ìì^anv, có liai cánh không dịch chuyến theo phương đứng mà dịch chuyển tương đối theo phưong nganu. Trong thực tế, các đírt gãy có thể phát tricn thành hệ đứt gãy để hình thành địa luỹ, tạo nên các dãy núi cao (như Antai, Thiên Sơn, Pamia...) hoặc địu hùo tạo nên các hố hẹp và sâu (như hồ Baican, bế Hồng Hải...) {hình 11.5). Theo tài liệu của các nhà địa chất thi phần lãnh thổ phía bắc Việt Nam nằm vắt trên 4 phân vị kiến tạo địa chất với 9 phân vị kiến trúc cơ sở, ngăn cách nhau bằng các đứt gãy kiến tạo sâu. Mỗi phân vị kiến trúc có một chế độ chuyến động kiến tạo riêng. Bủng ỈI-1 nêu lên các đặc tính chuyển dịch của một số đứt gãy chính ở phần phía bắc Việt Nam. Bảng II-l. Đặc tính cùa một số đút gãy chính phần phía bác Việt Nam Tên gọi đứt gây Tliếnằm mặt đứt gãv Độ dài đứt gãy (kr/ì) Biên độ dịch chuvển đường (Ảm) sỏng Hồng 45 z 70 30 - 40 1,5 ^3,5 Sòng Lô 225 z 70 35 + 40 2 - 3 Sòng Chảy 45 z 70 30^40 1 ^3 Cao Lạng 45 z 70 30 í- 40 1 ^ 2 Sông Đà 45 Z70 40 50 1 - 2 Sông Mã 45 Z 7 0 50 1 - 2 Sõng Cả 225 z 60 30 - 40 1 - 2 Rào Nậy 225 Z65 30 n 1 Đặc tính đứt gãy, klie m'rt kiến lạo phụ !huộ<' vào trưmig img suất do lưc kiến tạo gây ra và tính chất cơ lý của đất đá. v ề đại thể xern lìủtig ỉỉ-2. §3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÂU TAO ĐỊA CHÂT KIÊN TẠO ĐẾN CÔNG TRÌNH Nhìn chung, các dạng cấu tạo địa chất kiến tạo đều làm cho đất đá giảm cường độ, tăng tính thấm, giảm tính đồng nhất... đòi hỏi các biện pháp xử lý phức tạp và tốn kém khi xây dựng. Khi các tầng đá nằm nghiêng và nhất là khi bị uốn nếp, nền công trình phải đặt trên nhiều tầng đá khác nhau, có khả năng dẫn đến công trình bị lún không đều. Điều kiện thiết k ế thi côn g trong trường hợp này sẽ c) ■■iiức tạp hơn khi tầng đá nằni ngang. Kết Hình ỈI-6. Ảnh hưởng của hiến vỊ cấu, phương án thi công đường kênh, đường kiến tạo đến xây dựng 1 4^’ - . _ 1 I ■ i ' a) Ní'H (ỉồne nhất; h) Nền khôns đổng nhất; hầm... thay đo theo sự biến đoi của loại đá , 'i, ÚT • c)Kất cân, phương án thi công đường hàm (hình ỉỉ-6). iiỊciy đổi theo tuyến. 59 Các khe nứt kiến tạo, khe nứt nial tầne (dược niở rònc do các tầng đá trượt lên nhau trong quá trình uốn nếp) và nhất là cac dứi pliá liLiỷ kicn !ao, có ihế làm cho nền đập, mái k ênh, m ái đường... bị mất ổn dịnh, cỏn!:; trình bị thấm mất nước, trưọt ]ờ. Khi các tầng đá nghiêng vể ha liru t liì đập dẻ xàv ra tiuơt. thấm mất nưốc Ợìì/ilì ỉỉ-7). ơ vùng uốn nếp, khi hổ chíra nằm troni: cấu tao nếp lồi ihườní: dỗ bị mất nước, còn trong cấu tạo nếp lõm thì khả năng mát nước ỉziảm đi rõ rệt. Lũns sông có cấu tạo đơn nghiêng thưòng xảy ra mất nước về mộl bcn {lììiilì II-S). Mái đường và nền đường ổn đinh hơn khi táns dá cắm vào sườn dốc {lììnlì lĩ-9). H in li H -7 . T n ỉờ n g hợ p 2 d ễ trượt, lìiấi n iù /c lìưiì ĨI ư ừ iìg h ợ p I Hình H-H. I . ù ỉ ỉ ‘^ s o ỉ i í ^ í r o ỉ i i ỉ ( V/// ỉ U ( t / u ‘Ị ) n õ n a ì N e p lónỉ : h) N í j ) lò i : 1} D(fỉì n^^ỉìịi'ìií^. Hinh IĨ-9. T iix r n (Ịư(yniỉ ổìì (íịiilì fr o n ^ írif'Ờ!ìi^ h ư p I klìỏììo ()}} (lịnh troniỊ c á c Ỉĩirừ /ỉy h ợ p 2. -ỷ 4 e) Hinh lỉ-io. D ư ờ ỉì^ húỉìì SOỈÌÌ^ SOỈÌ^ \ ứi cỉưởỉỉ'^ p lìư ơ n \ị Ĩầníĩ d ú . a ) N ầ n ì ỉ ì ^ a n ^ ; h ' N ằ m n ^ h ỉ è t ì ^ : c) D iú v ị (lứ n ^ ; d ) D in h n é p ló i ;c '} Đ ỉììlỉ ììêp l õ m ; f ) C chììì ỉìép uốn. 60 Bàng II-2. Đặc trưng các loại khe nứt cỏ nguổn gốc khác nhau (theo L.I. Nayxtat) Loại khe nứt Đặc trưiig về hình thái Ảnh hưởng của khe nứt tới tính chất xây dựng của đá x:a ' (/ì b 2 Trong đá macma Trong đá trầm tích Lớp Liên quan đới phá hủy kiến tạo Không liên quan đới phá hủy kiến tạo Phân bố song song hoặc vuông góc với bề mặt nguội lạnh, chia đá thành khối nứt hình gối đệm, hình hộp, hình lăng trụ. Khe nứt nghiêng và cong, thường cắt vuông góc hoặc song song với mặt lớp và chia đá thành các khối nhiều mặt có dạng lãng trụ, khối tháp... Trong đá cácbonat, khe nứt xuất hiện trong quá trình đolomit hoá và khử đolomit. Vách khe nứt bằng phẳng, có chỗ thành bậc do cắt qua tinh thể. Liên quan với quá trình thành tạo trầm tích và hoá đá. Xuất hiện ở ranh giới các lớp có thành phần thạch học khác nhau hoặc bên trong lớp do các đá phản ứng khác nhau vói tác dụng nung nóng, làm lạnh, oxy hoá, thuỷ hoá và áp lực. Thành tạo các khối nứt dạng tâ'm dày trong đá cát kết và cuội kết, dạng tấm mỏng trong đá bột kết. Liên quan với sự nén hiếm hem là do sự kéo của vỏ quả đấl. Phân chiu ra các loại khe nứt của đirt gãy ihuận, đứt gãy nghịch, đứt gãy ngang. Vách khe nứt phẳng. Khe mít cắi qua cả các tinh thể lớn trong đá macma, các hạt cuội của đá cuội kếí. PhAn bố tới độ sâu rất lớn. Các khe nứt hẹp, phân bố theo hệ thống nhất định. Thớ chẻ là hộ thống các khe nứt song song dày đặc, cách nhau không quá 3c777, không trùng với cấu tạo nguyên sinh, đối với đá trầm tích không trùng cấu tạo lớp. Chú ý tới thành phần thạch học và điều kiện thế nằm của đá. Khe nứt phát triển mạnh trong đá cácbonat và làm cho đá thấm nước lớn. Trưòmg hợp hướng đá đổ vé phía bờ dốc là nguy hiểm vì dể gây ra hiện tượng đá trượt Rất không thuận lợi khi xây dựng : Tliưưiig là klie nứt hở, kéo dài, độ sâu nên gây ra tính thấm mạnh ; trong đá cacbonat sẽ tạo thuận lợi cho hiện tượng karst phát triển. ở các đới phá huỷ kiến tạo, đá bị vụn mạnh nên dễ bị phong hoá và mất ổn định. Các khe nứt dạng này không làm tàng nhiều khả năng thấm nước của đá. Làm cho đá dễ bị phong hoá và giảm nhiều khả năng ổn định của đá. Giảm tải ở sườn thung lũng Phong hoá Thành tạo ở bờ bị cắt xén, khe nứt có bề rộng lớn, cong hoặc thành bậc. Xuống sâu khe nứt bị thu hẹp. Phân bố chủ yếu ở đới trên mặt và giảm theo độ sâu. Mạng khe nứt dày đặc. Khe nứt không có hình dạng nhất định, cong và thường phát triển trên các khe nứt có nguồn gốc khác. Gây nguy hiểm lớn khi xây dựng công trình thủy công vì làm cho đất đá thấm nước lófn, vùng bờ bị sụp lở Cần quan tâm chiều sâu phân bố các khe nứt phong hoá để xác định đổi đo vẽ và chiều sâu cần ximăng hoá. 61 Khi tuyến đưòíng hẳĩn chạy soni; song với đưòTig phươnt: các tầníĩ đá thì có các trựòìig hợp sau {hình lỉ-ỉo ): - Khi các tầng đá nằm ngang, đường hầm chi ỉiằiii tron í: niôl tầng đá hay một số tầng nào đó. Lúc này!oần chú ý tới ổn định cúa vòm dườniĩ hầm, đãc biệt khi có các tầng đá nứt nẻ phân vụn, tầng đá mềm yêu. - Khi các tầng đá nằm nghiêng, nếu góc dốc tươnc đối nho sẽ tao hình nêm tụt xuống, gây áp lực cục bộ lên vỏ đườriE hầm và ngiiN hiếm trons lúc xây cỈỊnig. Trường họp tầng đá có góc dốc lớn, Ịcần chú ý các tầng kẹp mềm yếu. các tầns có tính thấm nước cao vì chúng dễ gây trượt dọc tuyến chọn. - Khi gặp tầng'đá uốn nếp sẽ xảv ra ba trường họp : nếu đirờng hầm chạy dọc theo trục nếp lồi, do đỉnh bị nứt nẻ mạnh dễ gây ra sụt vòm nhưng lại có thuận lợi là áp lực đất, áp lực nước nhỏ, thoát nước khi thi công dễ dàng. Khi đường hầm chạy dọc theo trục nếp lõm thì do áp lực đất đá và áp lực nước đều lớn nên rất nguy hiểm cho thiết kế và thi công. Còn khi đường hầm bố trí ở các cánh của nếp uốn thì điều kiện làm việc tương tự khi các tầng đá nằm nghiêng. Khi tuyến đường hầm vuóng góc với đường phương của các tầng đá thì việc thiết kế và thi công tưcmg đối phức tạp, do tuyến cắt qua nhiều loại đất đá khác nhau. Khi tầng đá nằm nghiêng có góc dốc nhỏ, phân lórp mỏiìg, thì dễ hình thành các nêm đá trưc/t xuống gây khó khãn cho thiết kế và thi CÔIIÍÍ {lììnlì //-//), Khi tầng đá dốc đứng, mức tiộ ổn định tốt hơn nhiều so với trường hợp hố tn' song song \’ới đường phương, các tầng kẹp niổm yếu trong trưòfng hợp này không đáriiỉ ngại. Còn khi tầng đá vò nhàu, uốn nếp mạnh thì đó là điều kiện xấu nhất. H ình II -II. Đườn;^ hầm vuông góc VỚI dườììg phương lổng đá (i) ĩầììiỊ âá nằm nghiêng ; h) TầììíỊ dá dốc dứng. Trường hợp có đứt gãy sẽ làm cho nền công trình không đồng nhất, sinh ra thấm mất nước, mất ổn định của công trình. Các đi'rt gãy lớn, kéo dài thì việc xứ lý rất khó khăn, tốn kém. Khi xây dựng đập, các đứt gãy chạy dọc lũng sông thườiig rất nguy hiểm và cũng khó tránh. Đối với các đứt gãy xiên chéo lũng sông thì có thể xê dịch vị trí đập. Khi đường hầm cắt qua các đứt gãy sẽ ít bất lợi hơii khi chạy dọc theo đứt gãy (trong thoát nước thi công cũng như xử lý áp lực đá). Vì vậy để đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các biến vị kiến tạo cần phải nghiên cứu các vấn đề sau ; Thế nằm của đá và quan hè của nó đối với công trình. Quy mô phát triển và các đặc tính của khe nứt. Đá có khc nứt mở rộng, bị phân cắt thành các khối nhỏ sẽ có cường độ thấp, lính thấm lớn. Cần chú ý tới tính chất của loại vật liệu 62 lấp nhét khe nứt. Khi các khe nứt chứa thạch anh, canxit làm cho đá có cường độ lớn hơn khi chứa sét. Vật liệu sét có tác dụng làm giảm tính thấm nước của đá. Ngoài ra, cần tìm hiểu phương hưóng phát triển chủ yếu của các hệ thống khe nứt. Đối với các đứt gãy, c*ần nghiên cứu loại đứt gãy, quy mô Và phương hướng phát triển của nó, đặc điểm của đới cà nát (mức độ vỡ vụn, gắn kết), phưong hướng' bủa đứt gãy đối với công trình. Các chuyển động thăng trầm đang diễn ra với tốc độ rất nhỏ cũng có thể làm thay đổi chế độ thuỷ văn, cường độ xâm thực và tích tụ, ảnh hưởng đến điều kiện làtn việc của các công trình thuỷ. Điểu này cần chú ý khi quy hoạch, thiết kế các công trình giao thông, thuỷ lợi... Quân cảng Longbin thuộc bang Caliíomia (Mỹ) xây dựng năm 1941 - 1945, vì không chú ý đến sự hạ xuống của bờ biển (vài centimét/năm) nên hiện nay, phần lớn xưởng đóng tàu và chữa tàu ở thấp hơn mực nước biển. 6i CHƯƠNG III LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN v ở QUẢ ĐÂT §1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỂ TUổI ĐÂT ĐÁ VÀ MÊN BlỂU ĐIA CHÂT 1.1. Tuổi của đất đá và các phưưng pháp xác định Tuổi của đất đá là khoảng thời íỊÌan từ khi đất đá được hình thành cho đến nay. Tuổi của đá macma bằng tuổi của khoáng vật lạo đá và được tính từ khi dung nharn nguội lạnh, đông kết lại. Tuổi của đá trầm tích tính từ khi có sự trầm tích, vì vậy đá trầm tích thường có tuổi trẻ hom các thành phần khơáni; vật tạo nên nó. Còn đá biến chất, tuổi được tính từ khi các tác nhân biến chất bắt đầu tác diiiiụ. Đôi với các hiện tượng địa chất ; thăng trầm, uốn nếp, đứt gãy... thì tuổi của nó được tính từ khi các hiện tượng địa chất đó bắt đầu hoạt động và được ghi lại trên đất đá mà nó hoạt động. Tuổi của đất đá và các hiện tượníi địa chất được xác định như trén íĩoi ià tuổi tuyệí đối và được tính theo năm, triệu năm. Trong thực tế, do việc xác địnli tuổi luyệt đối gặp nhiều khó khăn, tốn kém, nhiều khi người ta chí can xét quan hệ già Iic, trước sau giữa các tầng đá, các hiện tượng địa chất với riliau, aọi là tuổi tươnịị dối. Dưới đây nêu lên inột số phương pháp xác định tuổi: /. Phương pháp đồniỊ vị p/iónỵ xạ là phương pháp chính dùng đổ xác định tuổi tuyệt đối của đất đá. Nguyên tắc của phưíTiig pháp này là dựa vào sự có mặt của các nguyên tố phóng xạ và các đổnc vị tương lìne là sán phẩm niối cùní’ ('ủa s\r phân huỷ np,uyên tố phóng xạ ấy trong đất đá. Hiện nay các phưoìig pháp đổng vị chì, đổnsí vị acỉíon, đổng vị cacbon dược áp dụng rộng rãi để xác định tuổi (lâì dá. Đổ xác định tuổi của đá cổ, imưòi ta chú ý đến các nguyên tố có chu kỳ bán huỷ dài như Th, u , còn với đá trẻ thì các nguyên tố có chu kỳ bán huỷ ngắn hơn như cacbon phóng xạ (C'"*) sẽ chính xác hơn. Cơ sở của phương pháp đồiig vị chì như sau ; t = _ — 7,4.10 năm ư + 0,38Th Trong đó ; t - thời gian tính ra nám ; u , Th, Pb"'’*, Pb'^^ - hàm lượng dác nguyên tố tương ứng trong đất đá. Theo phương pháp này, tuổi quả đất là 5000 triệu năm. Đá granit ở Phiabioc có tuổi 240 triệu năm, đá gabro - điorit Điện Biên Phủ có tuổi 250 triệu năm. Ngoài phương pháp đồns vị chì, ta còn dùns phương pháp heli, stronxi, kali - acgon. Tuổi đất đá xác định bằng các pliươns pháp này khác nhau rất ít. Tuổi của trám tích mềm ròi Đệ Tứ thường được xác định bằng phương pháp cacbon. Tronạ khí quyển các ncrtron có lia vũ trụ Iham gia vào phản ứng với đồng vị nitơ N ’‘^ cho đồng vị phóng xạ cácbon c'** có chu kỳ bán huỷ là 5568 nãm, 64 Vì tỷ sô' giữa hàm lượng c''^ và trong khí quyến là cô' định nên trong thực vật sống có sự trao đổi thường xuyên với khí quyển, tỷ số giữa c '^ và cũng không đổi. Nhưng sau khi chết, do sự phân hủy các chấl hữu cơ, lượiií; c sẽ giảm xuống. Căn cứ vào tỷ lệ hàm lượng và trong di tích thực vật của đất đá có thể xác định thời gian thực vật đã chết và cũng chính là thời gian hình iliành trám tích. 2. PliirơniỊ pháp cổ sinh xác định tuổi của đất đá dựa vào các hoá đá (hoá thạch) sinh vật có trong các lóp đất đá. Dựa trên thuyết tiến hoá của thế giới sinh vật, người ta đã xác định được thời gian phát sinh, phát triển và tiêu diệt của các loại sinh vật trong lịch sử địa chất. Cơ sở của phương pháp định tuổi cổ sinh là : các lóp đất đá có cìing tuổi thì phải cùng chứa một số loại hoá thạch nhất định; các lớp đất dá có tuổi khác nhau sẽ chứa các loại hoá thạch không giống nhau. Tuổi đất đá ứng với thời gian tồn tại của loài sinh vật hoá thạch ấy. Tuy nhiên không phải tất cả các hoá thạch đều có thể dùng đê xác định tuổi mà chỉ một số loại tiêu biểu gọi là hoá thạch chỉ đạo {iìình IIỈ-1 j. Hoá thạch chỉ đạo phải báo đảm các yêu cầu sau ; n w Hinh IIÌ-l. H o á t h ạ c h c ủ a l o à i n h n y ễ ỉì íỉiê ĩrofi<^ V iệ n h á o tù n g đ ị a c h ấ t h ọ c ỏ L é n i ỉ i g r a t 65 - Loại sinh vật đó về số lưọng đã phát triển rộng khắp trên quả đất ; có như vậy mới để lại nhiều hoá thạch. - Loại sinh vật đó chỉ phát triển trong một thời gian ngắn, bảo đảm cho phạm vi xác định tuổi không quá lóii. - Hoá thạch phải được bảo tồn tốt và dễ phân biệt với các loại hoá thạch khác. Hiện nay, phương pháp cổ sinh được dùng rất rộng rãi. Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng được cho đá trầm tích ; vì đá macma không có hoá thạch cũng như đá biến chất và các trầm tích cổ thì hoá thạch đã bị phân huỷ mất rồi. 3. Phương pháp thạch học dựa trên cơ sở so sánh thành phần thạch học các khu vực khác nhau. Nếu các khu vực đó đất đá giống nhau vể thành phần kiến trúc, cấu tạo, sự sắp xếp và các đặc điểm khác thì có thể cùng một tuổi. Phương pháp thạch học có thể áp dụng cho tất cả các loại đá nhưiig thưòng là cho đá macina và đá biến chất. Đối với các tầng đá trầin tích chưa tìm thấy hoá thạch cũng có thể xác định tuổi bằng cách liên hệ với các tầng đá tươiig tự đã được xác định tuổi ở nơi khác. Khi dùng phưong pháp thạch học người ta thườiig xác lập một tầng đá chuẩn (có tính chất đặc biệt về thành phần, màu sắc, bề dày...) gọi là tầng đánh dấu rồi dựa trên đó so sánh với các tầng khác. 4. Phươỉiịỉ plìâp địa tầng dựa trên quan hệ thế nằm của các tầng đá với nhau để xác định tuổi tương đối của đất đá và các hiện tượng địa chất khác. Đối với đá trầm tích chưa bị đảo lộn thế nằm, các tầng đá thành tạo trước nằm dưới, các tầng đá thành tạo sau nằm trên {hình Hỉ-2a). Trong trưcmg hợp thế nằm bị biến đổi, áp dụng phưcmg pháp này có rất nhiều khó khăn (hình III-2h). Đối với đá phun trào, hình thức thành tạo cũng tươiig tự đá trầm tích nên tìm quan hệ già, trẻ của nó cũng áp dụng theo quy luật trên {hì/ili lll-2c). V' V V V v_ V _, phong hoá... thì thông qua các mặt cắt, phân tích quan hệ 66 Hình III-3. Sơ đồ xác định tiiổi tương đối của đá xâm nhập. Thứ tự thành tạo 1-2-3 của chúng dối với các tániữ(i l ác f(íin; ỉrơin !ií lì vói các ih ir .’crì cỉộnịị kiến tạo : a ) K h ớ p d é u : ì)í K h ó n o kììứp (lịd táiii' : c) K h ó t i ^ P ìiớp iỊÓr : lì) Đ ứ t Ịịãy dổììịỉ, thời với U(/II /lép : e) Dứt íỊơy -id;! uốn nép. 1.2. Niên biểu địa chất Từ các tài liệu đã thu thập được về lịch sử pliát triển địa chất, cổ địa lý và cổ sinh vật từ khi hình thành vỏ quả đất cho đến nay, các Iilìà khoa học đã lập nên được một niên biểu địa chất sơ bộ, làm chỗ dựa cho việc nghiên cứu địa chất và như vậy, niên biểu địa chất ngày càng được bổ sung và chi tiết hon, Tlìeo niên biểu địa chất hiện tại thì lịch sử phát triển địa chất của vỏ quả đất được chia ra làm 5 đại là: đại 'riiấi cổ, đại Nguyên sinh, đại c ố sinh, đại Trung sinh và đại Tân sinh. Trong mỗi đại đều có nhữns nét tiêu bicu rõ rệl về hoạt độns địa chất, đặc điểm địa lý và sự pliát triển của thế giới sinh vạt, troiis đó dăc biệt quan troiiíỉ là sự sống, mà ngay tên gọi của đại cũng đã nêu lên. Trong mỗi đại lại chia ra các kv, trona kv chia ra nhiéu thế... {hảììg III-l). Các tập đá được tao thành tương ímg với các dại, ký, thế... là các giớ;, hệ. thống... được thể hiện theo bé dày của tập và đặc trưng về thach học cùnc các tính chất khác, gọi là thang địa tầiiỉỉ. 67 BàniỊ III-l. Niên biếu địa chất thê giới Đại (Giới) Kỷ (Hệ) Nhân sinh hay Đệ Tứ (Q) ' (Antropogen) Thế (Thống) Q.v Ọ|U Q.I Q, Thời gian kéo dài triệu nãm 1 ì Các chu kỳ kiến tạo lớn 1 1 c o <03 c Neogen (N) Neogen thưcmg (Plioxen) Neogen hạ (Mioxen) Ni2596 Paleogen (P) Paleogen thượng (Oligoxen) 3 Chu kỳ Anpi Paleogen trung (Eoxen)p. Paleogen hạ (Paleoxen) p J Kreta (K) Kreta thượiìg K. 41 67 Kreta hạ Ki70 r- N C/5 ^ N c A0 Pecmi hạ P|45 n £00 4—• c' V) •i s ' ỗ |í£ Cácbon (C) Cácbon thượiig Cị Cácbon trung ("2 Cácbun liạ c , Đevon (D) Đevon thirợiíg Đevon trung D. Đevon hạ D| Silua (S) Silua thưọtìg Sj Silua hạ S( ^85 55-70 55 - 60 A10 H i V-/ 30-35 Chu kỳ Hecxini £ca- JzJZc Ođovic (0) Ođovic thượng 0, AAOChu kỳ ‘CX)scdu G '«up 68 'ổ ‘ỗ r- s 00 o 'õ ' ry: u o l l í |S < s Ođovic trung Oọ Ođovic hạ 0| Cambri (Cm) Cambri thượng (Cm^) Cambri trung (Crri2) Cambri hạ (Cnì|) 60-70 70-80 JoU 2.000 600 3.000 5600 Caleđoni Tên gọi các đại theo giai đoạn phát tiicii của thế giới sinh vật, còn tên các kỷ theo tên địa phương lần đầu tiên nghiên cứu láne dá dó (Canibri, Đevon, Pecmi, Jura...) hoặc theo tên đá đặc trimg nhất cho kỷ đó (cacbon...). Ngoài thang địa tầng quốc tế còn có ihanc địa tầng địa phương và thang địa tầng tự do để thể hiện tỷ mí hơn địa tầng ở một kliu vưc, irjột nước nào đó, có tính chất cục bộ. Thang địa tầng của Việt Nam còn đang được hoàn chính. §2. S ơ LƯỢC VỂ LỊCH s ử PHÁT TRIKN CỦA v ở QUẢ ĐẤT ITico các tài liệu đã thu được thì vo qiui dất có lịch sử phát triển rất phức tạp, nó đã trải qua nani chìm bảy nổi để hình thành nen câu Irúc hiện nay. Các biến động lớn của quả đất qua các ihừi đại địa chất diễn ra nliư sau : 1. Đại Thái cô' (Ackeozoi - AR) là đại cổ nhất, kéo dài khoảng 3000 triệu năm. Thời kỳ này vo quả clất hoạt động mãnh liệt. Đái dá cho đến nav đã bị biến chất sâu sắc hiện còn gặp ở một só nơi là goTiai, đá phiến kết tinh, airitibolit. Hiếm hon có đá hoa, quaczit... Cũng vì vậv, việc lìm hiểu đại này rất khó khãn. Sư có mặt các lớp đá hoa, cacbon ở dạng grafit cho phép n«liĩ rằng ở cuối Tliái cố, sư sống đã xuất hiện. 2. Dại N}^iiyê/I ỵiiìli (Proterozoi - PR) là dại của sự sống đơn gián đầu tiên kéo dài gần 2000 triệu nãm. Có mặt các sinh vật sơ đáii” : \ i khuẩn, táo. Đến cuối đại xuất hiện loại có bộ khung cứng. Đất đá đến nay đã hị biến chất, chủ yếu là đá phiến kèt tinh, đá hoa, qiiaczit, granit, gơnai, mức độ biến chài kcni lioìì dá Tliái cổ. Trong suốt đại này, vo quá đáì ờ vào linh irạng kliỏng ổn định, có các quá tniiii lao núi kèm theo sự chia cắt lục địa. Phun Irào theo hệ thốns các khe nứt chia cắt đó. o cuối đại, vỏ quả đất chuyển sang trạng thái ổn địnli liơii. Các vùng vững chắc, ổn định gọi là nền (nền Canada, nền Braxin, nền Nga, nềii Xibôri, nền Đông Trung Quốc, nền Tarim, nền Ân Độ, nền Úc...), còn các vùng hoạt động bao quanh vùng nền là địa máng (hay địa tào). 3. Đại C ổ sinh (Paleozoi - PZ) kéo dài 345 triệu năm. Địa máng hoạt động rộng khắp với 2 chu kỳ hoạt động lớn là Calêđoni và íỉecxini, làm thay đổi nhiều lần lục địa và đại dưong. Động vật không xương sống phát triển mạnh, phát triển thực vật lộ trần, ứng với hai giai đoạn uốn nếp lớn, người ta chia hai phu đại là c ổ sinh hạ (PZi) và c ổ sinh thượng (PZ^). ở C ổ sinh hụ, bao gồm các kỷ Cambri (Cin), Odovic (O), Silua (S), có hoạt động uốn nếp Caleđoni tạo các dãy núi Calêđonit và sau nàv thành các nền cổ sinh hạ. Hầu hết quá trình nàv xảy ra ở vùng gần kề với nển nsuyên sinh, v ề thực vật có loại cấp thấp sống ở môi trường nước; cuối Silua xuất hiện thưc vật trên cạn đầu tiên. Động vật phổ biến có bọ ba thuỳ (trilobita), tay cuộn (Brachiopoda), chén cổ (Archacocyatha)... xuất hiện những động vật trên cạn đầu tiên. ở C ổ sinh thượniị, bao gồm các kv Đevon (D), Cacbon (C) Pecmi (P), có hoạt động uốn nếp Hecxini, tạo các núi Hecxinit, niơ ròng miển nền đã được thành tạo trước đây (vào tiên Canibri và Caleđoni) và hợp nhất nền Nca, Xibèri, Tarim, thành nền Âu - Á khổng lồ. Nền Canađa và nền nhỏ ở cao nguyên Cóiôrađò (Bác Mỹ) cũnt; liên kết với nhau. Trong c ổ sinh thương phát triến thực vật lộ trần (Psilophyta), quyết thực vật (Lepidophyta, Sphenopsiđa, 69 Pteridospeưnae...). Cuối Pecmi thực vật có hoa hạt irần tliay thế vai trò quyết thực vật. về động vật tiếp tục phát triển ruột khoang, tay cuộn có khớp ; phát triển Pusulinida của trùng lỗ (Foranlinifera), Goniatites của lóp chân đầu. Độns vật có xương sống sống trên cạn như lưỡng cư cổ (Stegocephalia), bò sát khổng lồ bắt đầu xuất hiện. 4. Đ ụi Trung sinh (Mezozoi - MZ), gồm ba kỷ là Triat (T), Jura (J) và Kreta (K), kéo dài khoảng 45 triệu năm. Kết quả của hoạt động địa máng ở Trung sinh là tạo nên các nền bằng Trung sinh theo kiểu thừa kế. Những núi thừa kế của dải Mezozoit có thể kể là dãy Alaska, Nham Scfn, Siera Nêvađa và Siera Mađơrê (Bắc Mỹ), Patagôni (Nam Mỹ), Bankan, Veckhôiăng, quần đảo Indonexia... Các miền nền Trung sinh ăn khóp với các nền cổ hom. Tác dụng tạo núi Trung sinh đã nối liền hai nền bẳng Nguyên sinh Ocđot và Đông Trung Q u ốc với nển  u - Á . Về thực vật phát triển thông, tuế, tùng bách, dương xỉ. Đến cuối kỷ Krêta xuất hiện thực vật hạt kín. Động vật có các loại : cúc đá (Ammonitida), tên đá (Belleminitida), cá xương, đặc biệt là bò sát và bò sát khổng lồ phát triển mạnh. 5. Đ ụi Tán sinh (Kainozoi - KZ) kéo dài gần 70 triệu năm bao gồm các kỷ Paleogen (P^), Neogen (N), và Đệ Tứ hay Nhân sinh (Ọ). ^ ^ Dới chúi xuống ---------------- Các dửt gẫy biến đổi và sống núi giản nờ Ranh giới màng chưa chăc chấn Hướng chuyển động tươiìg dối cùa mảng { coi Chảu Phi khòng chuyển dộng) Hình III-5, C á c m à n g thạch qu yển chính với hướng di chuyển và các kiểu ra n h giớ i h iện đại 70 ở cại Tân sinh có hoạt dộng tạo Iiúi Anpi, dựng lên nhicu dãy núi hiện đại như các núi nam /laska, ven bờ Bac Mỹ, California, Cơcdilie hay Anđơ (Nam Mỹ), Pirana, Apenin, Anpơ, các núi trên bán đao Bankan, dãv Hymalaya, các núi ở Tây bắc Đông Dưoỉng, các núi tréi quẩn đảo Indonexia... được tất cả các dãy núi uốn nếp Anpi hiện nay vẫn còn tiếp tục dâig cao, chưa chuyển thành vùnc nền. Hiẹi nay còn một số vùng hoạt động chưa thấv sinh ra các uốn nếp như ở Nam dãy Hyniaaya (vùng hạ lưLi sông Inđut và sòn