Bài giảng Địa chất công trình

CHÖÔNG 1: ÑAÁT ÑAÙ

Theo nguồn gốc, đất đá được chia làm 3 loại chính:

Macma (có nguồn gốc nội sinh)

Trầm tích (có nguồn gốc ngoại sinh)

Biến chất (có nguồn gốc biến chất)

1.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ TRÁI ĐẤT VÀ VỎ TRÁI ĐẤT

Trái đất có hình cầu, ở xích đạo phình ra, hai cực hơi dẹt đi vì

tốc độ quay quanh trục Bắc - Nam khá lớn với R_TB= 6366

km.

Trái đất có thể được chia ra thành 3 lớp chính:

Vỏ Trái đấtđược chia làm 3 lớp:

Trên cùng là lớp trầm tích hiện đại, có bề dày thay đổi từ 0,0

– 1,5km

Lớp đá granittoit

✓Lớp dưới cùng là lớp bazan còn gọi là vỏ bazan, cấu tạo bởi

các đá mafic như gabro và bazan

Cấu tạo các

vòng quyển bên

trong Trái đất

Manti ở độ sâu 60 – 2900km

Nhân Trái đất (dưới 2900km): nhiệt độ rất cao 4000oC, áp

suất > 1,5 triệu atm.

Nhiệt bên trong Trái đất

Dòng nhiệt: Sự phân bố không đ ều của núi lửa, suối và

các giếng phun nước nóng,... và các biểu hiện dòng nhiệt

cao khác (tập trung chủ yếu ở khu vực các rìa mảng)

chứng tỏ rằng dòng nhiệt xuất phát từ phần bên trong

Trái đất ra mặt ngoài là không đồng đều.

Quá trình truyền nhiệt đối lưu được xem như là một giải

thích về dòng nhiệt hợp lý hơn cả đối với dòng nhiệt từ

nhân.

1.2. ĐẠI CƯƠNG VỀ KHOÁNG VẬT

Khoáng vật là một hợp chất hóa học hay một nguyên tố tự

sinh – là thành phần cơ bản tạo nên đất đá.

1.2.1 Một số đặc tính của khoáng vật

1.2.1.1.Hình dạng tinh thể của khoáng vật

Các dạng phát triển của tinh thể

1.Dạng phát triển theo một phương (thạch anh);

2. Dạng phát triển theo hai phương(barit);

3. Dạng phát triển theo ba phương (halit)

1.2.1.2. Màu của khoáng vật

Khoáng vật chứa nhiều Fe, Mg thư ờng có màu sẫm, còn

khoáng vật chứa nhiều Al, Si thì màu nhạt.

1.2.1.3. Độ trong suốt và ánh của khoáng vật

1.2.1.4. Tính dễ tách (cát khai) của khoáng vật

Tính dễ tách là khả năng của tinh thể và các hạt kết tinh (mảnh

của tinh thể) dễ bị tách ra theo những mặt phẳng song song.

Chia tính dễ tách ra các mức độ sau:

+ Rất hoàn toàn: tinh thể có khả năng t ách theo các mặt tách

một cách dễ dàng, (như mica,…)

+ Hoàn toàn: dùng búa đập nhẹ sẽ vỡ theo các mặt tách tương

đối phẳng(như calcite, halit,…)

+ Không hoàn toàn: khó thấy mặt tách mà thư ờng là vết vỡ

không có qui tắc, (như thạch anh),… vì vậy còn gọi là tính

không tách của khoáng vật.

1.2.1.5.Vết vỡ của khoáng vật

1.2.1.6.Độ cứng của khoáng vật

Độ cứng là khả năng ch ống lại tác dụng cơ học bên ngoài

(khắc, rạch) lên bề mặt của khoáng vật.

Thang độ cứng Mohs:

1. Talc

2. Gypsum (Thạch cao)

3. Calcite

4. Fluorite

5. Apatite

6. Feldspar

7. Quartz (Thạch anh)

8. Topaz

9. Corundumn (coriđon)

10. Diamond (Kim cương)

1.2.1.7.Tỷ trọng của khoáng vật

Những khoáng vật tạo đá có tỷ trọng từ 2,5 đến 3,5.

1.2.2 Phân loại khoáng vật và mô tả một số khoáng

vật tạo đá chính

Theo nguồn gốc thành tạo: các khoáng vật nguyên sinh

(khoáng vật trong đá macma, đá trầm tích hóa học); các

khoáng vật thứ sinh (chủ yếu trong đá trầm tích và đá

biến chất).

1.2.2.1. Phân loại khoáng vật theo kiểu liên kết hóa

học

Nhóm 1: gồm các khoáng vật có liên kết cộng hóa trị

giữa các yếu tố kiến trúc cơ bản.

Nhóm 2: gồm các khoáng vật có liên kết ion giữa các

yếu tố kiến trúc cơ bản.

Nhóm 3: là các khoáng vật liên kết hỗn hợp: liên kết

cộng hóa trị đồng thời có cả liên kết ion, phân tử và liên

kết keo nước.

1.2.2.2. Phân loại khoáng vật theo thành phần hóa học

Hiện nay trong lĩnh vực Địa chất phổ biến nhất là phân loại

theo thành phần hóa học:

1. Các nguyên tố tự nhiên như: Cu, Au, Ag

2. Sunfua (hợp chất lưu huỳnh) như: pirit (FeS₂)

3. Halogenua (muối của các axit halogenhydrit) như: halit

(NaCl)…

4. Cacbonat (muối của axit cacbonit) như: calcite (CaCO₃)

5. Sunfat (muối của axit sunfurit) như : thạch cao

(CaSO₄.2H₂O)

6. Fotfat (muối của axit photphorit): phốtphát (CaP₂O₅)

7. Oxit như: thạch anh (SiO₂)

8. Silicat (muối của axit silicic) như : Orthoclase

(K[AlSi₃O₈])

9. Hợp chất hữu cơ như: CH₄.

Giới Thiệu Một Số Khoáng Vật Tạo Đá Chủ Yếu

a) Lớp silicat

Lớp silicat chiếm 75% trọng lượng vỏ Trái đất. Chúng

thường có màu sặc sỡ, sáng và có độ cứng lớn.

1-Nhóm feldspar

Feldspar là allumosilicat Na, K và Ca, được tạo thành

khi đá macma kết tinh và là thành phần quan trọng trong

đá macma, bao gồm ba nhóm khoáng vật chính:

Na [AlSi₃O8]; Ca [Al₂Si₂O₈]; K [AlSi₃O₈]

Feldspar natri-canxi còn gọi là plagioclase. Chúng gồm

những khoáng vật hỗn hợp đồng hình liên tục của anbit

(Ab) Na[AlSi₃O₈] và anoctit (An) Ca[Al₂Si₂O₈].

Plagioclase thường có dạng tấm và lăng tr ụ tấm; màu

trắng hoặc xám trắng, đôi khi có sắc lục phớt xanh, phớt

đỏ; ánh thủy tinh. Dễ tách hoàn toàn theo hai phương.

Các biến thể chính của plagioclase có tên như sau:

Tên khoáng Anbit

Anbit

100 – 90%

Oligioclase 90 – 70%

Andezin

Labrador

Bitaonit

Anoctit

70 – 50%

50 – 30%

30 – 10%

10 – 0%

Feldspar kali phổ biến nhất có orthoclase và microclin. Màu hồng

nhạt, vàng nâu, trắng đỏ; ánh thủy tinh. Dễ tách hoàn toàn.

Ở các khu vực khí hậu khô, feldspar bị phong hóa tạo thành cát

còn ở nước ta feldspar bị phân hủy tạo thành sét.

2-Nhóm mica

Mica có thành phần hóa học phức tạp và có đặc điểm là dễ tách

rất hoàn toàn. Khoáng vật chủ yếu của nhóm này là biotit (mica

đen) và muscovit (mica trắng)

3/Nhóm piroxen

Phổ biến nhất là augit. Tinh thể hình trụ ngắn, hình tấm. Tập hợp

khối đặc sít. Màu đen lục, đen, ít khi lục thẫm hay nâu. Dễ tách

hoàn toàn.

4/Nhóm amfibon

Phổ biến nhất là hocblen. Tinh thể dạng lăng trụ, hình cột. Màu

lục hoặc nâu có sắc từ sẫm đến đen.

5/Nhóm olivin: tập hợp dạng hạt. Màu phớt vàng, vàng, phớt

lục. Ánh thủy tinh. Độ cứng 6,5 – 7. Thường không tách.

6/Nhóm talc: tập hợp thành khối đặc sít; rất đặc trưng là ở dạng

lá, dạng vẩy. Độ cứng 1. Dễ tách hoàn toàn theo một phương.

7/Nhóm clorit

Tinh thể dạng tấm, tập hợp có dạng vảy. Màu lục sáng, lục thẫm,

ánh ngọc. Dễ tách hoàn toàn. Vết vỡ không đều, sần sùi.

8/Nhóm khoáng vật sét

Đây là các khoáng vật thứ sinh của lớp silicat. Nó là thành phần

chủ yếu của đất sét và đất loại sét nên có tên là khoáng vật sét.

Sét và đất loại sét, trong thành phần của phần phân tán mịn (nhóm

hạt < 0,005mm) chủ yếu là các khoáng vật sét.

Phổ biến và đ ặc trưng nhất trong nhóm khoáng vật sét có

kaolinit, illit, montmorilonit. Chúng đều được cấu tạo bởi

những lớp mỏng oxit silic (SiO₂) và oxit alumin (Al₂O₃).

+Kaolinit: được hình thành

ngay trên mặt đất, trong môi

trường axit. Tinh thể phiến

mỏng, hình dạng rất khác nhau.

Sét kaolinit sinh thành trong điều kiện nóng ẩm, là sản

phẩm phong hóa hóa học từ các đá giàu silicat alumin,

qua vận chuyển được lắng đọng ở biển nông, ven biển,

hồ, đầm, sông,... trong môi trường nước giàu axit

cacbonic, axit hữu cơ.

+Montmorilonit: qua kính hiển vi điện tử, chúng đều có

đặc điểm là có độ phân tán cao và tính chất mơ hồ của

đường nét. Các khoáng vật của nhóm hầu như hoàn toàn

được thành tạo trong điều kiện ngoại sinh, phần lớn là

trong quá trình phong hóa (bằng cách thủy phân) của

các đá macma bazơ trong đi ều kiện môi trường kiềm

(pH=7 – 8,5).

+Illit (Hydromica) được thành tạo trong điều kiện môi trường

khác nhau nhưng chủ yếu là môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung

hòa và axit yếu, đồng thời luôn luôn có nồng độ kali khá cao ở

trong các dung dịch nước.

b) Lớp oxit: Trong lớp này hay gặp opan, thạch anh,

limonit.

Thạch anh SiO₂là khoáng vật phổ biến nhất trong vỏ

Trái đất, thường không màu, đôi khi tr ắng sữa, xám.

Anh thủy tinh. Không dễ tách. Vết vỡ vò sò. Độ cứng 7.

Thạch anh thành tạo khi macma nguội lạnh và cả khi kết

tủa từ dung dịch.

Thạch anh là khoáng vật nhóm oxit (SiO₂), rất ổn định

về mặt hóa học, có cường độ và độ cứng cao, chủ yếu là

có nguồn gốc nguyên sinh, hạt thường có kích thước lớn

và đẳng thước, là thành phần chính của cuội, sỏi, cát và

bụi. Cát hạt to như cát vàng hầu như hoàn toàn là thạch

anh.

c) Lớp cacbonat:

Khoáng vật phổ biến có calcite và dolomit.

Calcite CaCO₃. Sủi bọt với axit HCl loãng (10%).

Dolomit CaCO₃.MgCO₃. Mảnh dolomit bị hòa tan chậm bởi axit HCl

(10%) khi nguội. Bột dolomit sủi bọt mạnh với HCl được đun nóng.

d) Lớp sunphat:

Anhydrit CaSO₄.

Gíp (thạch cao) CaSO₄.2H₂O. Tinh thể dạng tấm, ít khi dạng sợi. Màu

trắng, khi lẫn tạp chất có màu xám, vàng đồng, nâu, đỏ hoặc đen. Ánh

thủy tinh . Độ cứng 2. Dễ tách rất hoàn toàn.

e) Lớp sunphua:

Pirit FeS₂. Tinh thể hình lập phương, trên mặt tinh thể có những vết

khía. Màu đồng thau, khi phân tán nhỏ có màu đen. Không dễ tách.

f) Lớp halogenua:

Khoáng vật phổ biến nhất của lớp này là muối mỏ halit (NaCl). Tinh

thể lập phương. Màu trắng hoặc không màu. Độ cứng 2,5. Dễ tách hoàn

toàn.

Tinh theå khoaùng

vaät thaïch anh

Chert

Opal

Plagioclase (anbit)

Feldspar döôùi kính

hieån vi (trong

ñaù bazan)

Tinh theå canxit

Canxit laáp nheùt

trong caùc khe nöùt

Pyrit (saét)

Galen (chì)

Heâmatit

Thang ñoä cöùng

Bài giảng Địa chất công trình - Chương 1: Đất đá