CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐÁ DOLOMITE VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH 1. Giới thiệu chung về đá Dolomite 1. Khái quát về đá Dolomite Dolomite là loại đá trầm tích cacbonat, thường đi với đá vôi, vì thế giữa đá vôi và đá Dolomite có nhiều dạng chuyển tiếp như đá vôi - đá vôi manhe - đá vôi Dolomite - Dolomite vôi - Dolomite.
Đá Dolomite thường có màu trắng, xám, vàng nhạt, nâu xám. khi chứa nhiều di tích hữu cơ đá có màu xám, nếu chứa bitum hay có màu nâu. Hình ảnh mỏ đá Dolomite tại Ninh Bình như Hình 1. Mỏ đá Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình Đá Dolomite có thành phần khoáng vật Dolomite là chính, ngoài ra còn gặp canxit, nhiều khi có hàm lượng tương đối cao và còn gặp khá nhiều khoáng vật phụ như thạch cao, anhydrit, thạch anh - calcedon, oxit và hidroxit sắt, xelestin, fluorit, khoáng vật muối pirit, macazit, hydromica, momoriolit, các vật liệu hữu cơ phân tán.
Vật liệu vụn trong Dolomite rất ít gặp, không nhiều như trong đá vôi, khi thành tạo Dolomite thì kết thúc quá trình phân dị cơ học. Trong các mặt cắt địa chất có thể 4 gặp những tầng Dolomite dầy và độc lập hoặc xen kẽ với đá vôi, với đá vụn, thậm chí xen kẽ với những loại muối, thạch cao, anhydrit [21]. Sự hình thành đá Dolomite 1. Sự thành tạo các loại đá Theo nguồn gốc thành tạo, đá được chia thành 3 loại chính: đá magma, đá trầm tích và đá biến chất [22].
Đá magma được thành tạo do sự đông cứng của dòng dung nham nóng chảy phun lên từ trong lòng đất. Dòng dung nham này là các dung dịch silicat có thành phần rất phức tạp và chứa các loại khí, hơi nước khác nhau. Khi dòng dung nham phun lên và đông cứng lại ngay trong lòng đất thì sẽ tạo thành đá magma xâm nhập. Do được thành tạo trong điều kiện áp suất cao, sự đông cứng xảy ra từ từ và đều đều nên các khoáng vật dễ dàng kết tinh, tạo nên đá magma kết tinh hoàn toàn, dạng khối, chặt xít như đá granit, gabro… Khi dòng dung nham trào lên mặt đất và đông cứng lại thì sẽ tạo thành đá magma phún xuất (hay phun trào).
Do ở mặt đất nhiệt độ và áp suất thấp, nhiệt thoát nhanh nên không thuận lợi cho việc kết tinh của các khoáng vật, tạo nên đá magma ở dạng vô định hình, có nhiều lỗ rỗng như đá bazan, đá bọt… Các đá phun trào được thành tạo từ đại cổ sinh thì được gọi là đá phun trào cổ, còn nếu thành tạo mới gần đây thì được gọi là phun trào trẻ. Đá trầm tích được thành tạo có thể theo 3 cách: - Do sự lắng đọng và gắn kết của các mảnh vụn (là các sản phẩm phong hoá của đá gốc hay các vụn núi lửa); - Do sự kết tủa của chất hoá học có trong nước; - Do sự nén chặt của các di tích động, thực vật. Tuỳ theo các cách thức thành tạo như vậy mà người ta cũng chia thành các đá trầm thích cơ học, trầm tích hoá học và trầm tích hữu cơ. Đá trầm tích chỉ chiếm 5% khối lượng vỏ trái đất nhưng nó bao phủ tới 75% diện tích mặt đất với các chiều dày khác nhau (từ 3 - 4km ở vùng Trung Á, còn 1km ở vùng Xibir và chỉ từ 0,3 - 0,7km ở Thái Bình Dương).
5 Đá biến chất được tạo thành do sự biến đổi sâu sắc của đá magma, đá trầm tích và cả đá biến chất có trước dưới tác động của nhiệt độ cao, áp suất lớn và các chất có hoạt tính hoá học. Dựa vào các nhân tố tác động chủ yếu, người ta chia ra: - Biến chất tiếp xúc xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa khối magma nóng chảy và đá vây quanh. Nhiệt độ cao đã làm thay đổi thành phần, kiến trúc và tính chất của đất đá. Càng xa khối magma, mức độ biến chất của đá giảm dần.
- Biến chất động lực xảy ra dưới tác động của áp suất cao không chỉ do trọng lượng các lớp đá nằm trên mà còn do áp lực sinh ra trong hoạt động tạo sơn của các quá trình kiến tạo. Do vậy, đất đá bị mất nước, độ rỗng giảm đi, sự liên kết giữa chúng tăng lên làm thay đổi kiến trúc và cấu tạo của đá. - Biến chất khu vực thường xảy ra dưới sâu do tác động đồng thời của nhiệt độ cao và áp suất lớn làm thành phần, kiến trúc của đá bị thay đổi. Dolomite và một số loại đá trầm tích Do được thành tạo từ nhiều nguồn gốc khác nhau nên đá trầm tích gồm một số nhóm đá khác nhau rõ rệt, trong đó có đá Dolomite [22].
* Nhóm đá trầm tích vụn được hình thành chủ yếu từ các mảnh vỡ của các loại đá tồn tại trước đó hoặc từ các sản phẩm phong hoá của các đá gốc, được nước, gió hay băng hà vận chuyển, tích tụ rồi gắn kết lại với nhau một cách cơ học, nên loại trầm tích này cũng được gọi là trầm tích cơ học. Tuỳ theo kích thước của các mảnh vụn trong đá mà người ta chia thành các đá cuội kết, dăm kết, cát kết các loại, bột kết và sét kết. Trong các loại đá này thì độ rỗng đóng vai trò rất quan trọng. Độ rỗng sẽ nhỏ nhất khi các hạt nhỏ lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt lớn hơn hay khi trong các lỗ rỗng lấp đầy các chất gắn kết.
Tuỳ theo thành phần trong đá cát kết mà người ta còn chia thành cát kết thạch anh (khi đá được tạo thành chủ yếu từ thạch anh), arko (khi thành phần chủ yếu của đá là felspat) và grauvac (khi đá được tạo thành từ các mảnh vụn đá). Một loại cát kết đặc biệt có nguồn gốc magma được tạo thành do các mảnh vụn phun ra từ núi lửa. Những đám mây bốc lửa gồm các vật liệu vụn trôi nổi trên khí và bụi có nhiệt độ rất cao, di chuyển xuống dưới theo sườn núi lửa với tốc độ lớn, khi nguội lạnh, tuỳ theo thành phần là các mảnh vụn có góc cạnh hay các hạt 6 mịn như tro mà sẽ tạo thành dăm kết núi lửa hay tuf núi lửa. Các hạt gắn kết với nhau trong điều kiện nhiệt độ cao, tạo thành một loại đá chặt cứng, có tính chất tương tự như đá magma cùng loại.
* Nhóm đá trầm tích carbonat bao gồm đá vôi chủ yếu được tạo nên bằng khoáng vật canxit, đá Dolomite và một số đá thuộc nhóm trầm tích vụn nhưng có chứa vôi. Cũng như nhóm đá trên, độ rỗng là thuộc tính cơ bản để phân biệt đặc tính cơ học của các loại đá khác nhau trong nhóm. Người ta phân biệt độ rỗng nguyên sinh là do khi chưa lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt. Độ rỗng thứ sinh được tạo nên bởi sự mở rộng mạng tinh thể trong quá trình biến đổi canxit thành Dolomit - quá trình Dolomit hoá.
Đá vôi rất không đồng nhất về mặt cấu tạo: một số loại thì xốp, nhưng một số loại thì rất chặt. Theo nguồn gốc thành tạo, đá vôi có thể chia thành các loại đá vôi hoá học, hữu cơ, vụn và hỗn hợp. Đá vôi hoá học thường được thành tạo do sự lắng đọng các chất kết tủa carbonat ở trong nước. Điển hình của loại này là tuf vôi và đá vôi trứng cá.
Đá tuf vôi được tạo thành ở vùng có nước mạch lộ ra. Do chảy trên mặt đất, một phần CO2 bị mất đi nên CaCO3 được kết tủa lại, tạo thành đá vôi có lỗ rỗng và không phân lớp. Loại tuf vôi có độ chặt cao, độ rỗng nhỏ, có một phần kiến trúc kết tinh thì được gọi là travertin. Độ bền của tuf vôi khi khô khoảng 80MPa.
Đá vôi trứng cá được tạo thành ở biển nông do sự kết tủa các hạt CaCO3 đồng tâm, rồi chúng lại được gắn lại với nhau bằng chính canxit. Độ bền loại đá này chỉ khoảng 16 - 20MPa. Đá vôi hữu cơ được thành tạo do sự tích tụ các di tích hữu cơ, phổ biến nhất là loại đá vôi vỏ sò. Loại đá vôi này có độ rỗng cao, độ bền thấp.
Một dạng khác của đá vôi hữu cơ là đá phấn, có thành phần giống như đá vôi nhưng độ bền thì thấp hơn nhiều. Đá vôi vụn gồm những mảnh vụn của đá vôi và được gắn chặt lại bằng canxit. đây là loại đá tái trầm tích. Đá vôi hỗn hợp được thành tạo một phần từ các mảnh vụn, một phần từ các vật chất hữu cơ hay hoá học.
Phổ biến nhất là đá marn có thành phần gồm CaCO3 (từ 20 - 80%) và sét. Tuỳ theo lượng CaCO3 mà có thể có loại đá vôi sét (hay đá 7 marn vôi) khi lượng CaCO3 lớn hơn và đá marn sét khi lượng CaCO3 ít. Ở ngoài biển, đá marn tạo thành tầng dày. Khi lộ trên mặt đất, nó dễ bị phong hoá, tạo thành đá bùn.
Đá Dolomite được thành tạo từ khoáng vật cùng tên với các tạp chất như canxit, thạch cao màu xám trắng hay đỏ. Kiến trúc dạng hạt, cấu tạo khối chặt xít. Độ bền nén của Dolomit khoảng 100 - 140MPa. Dolomite được dùng làm vật liệu xây dựng, vật liệu chịu lửa.
* Nhóm đá muối: Đá của nhóm này thường gặp ở dạng halit (NaCl), silvin (KCl), silvinit (hỗn hợp của halit và silvin), anhydrit và thạch cao (CaSO4 ở dạng khan và ngậm nước) … Tất cả các đá trong nhóm đều có thể hoà tan được trong nước. Theo quan điểm địa chất, các trầm tích này cũng được gọi là trầm tích do bốc hơi hay đá bốc hơi, được thành tạo do sự bốc hơi của nước trong hồ nước mặn và biển. Các đá muối thường có màu trắng. Muối ăn (NaCl) thường có vị mặn, muối kali có vị đắng.
Các trầm tích đá muối dày tạo thành mỏ kích thước lớn. Anhydrit là CaSO4 ở dạng khan, khi gặp nước biến thành thạch cao, thể tích tăng lên tới > 30%. Độ bền nén của anhydrit khoảng 60 - 80MPa. Thạch cao được tạo thành do kết quả hợp nước của CaSO4, có màu trắng hay xám, vàng, nâu khi bị lẫn các tạp chất.
Kiến trúc hạt thô. Độ bền nhỏ hơn 20MPa. Thạch cao được dùng làm phấn, vật liệu trang trí trong xây dựng hay để bó bột trong y tế. * Nhóm đá trầm tích hữu: cơ được thành tạo do sự tích tụ và nén chặt của các di tích động thực vật.
Từ các di tích động vật sẽ tạo thành các loại đá như đá vôi vỏ sò, đá vôi san hô, đá phấn như đã trình bày trong nhóm đá trầm tích carbonat. Từ các di tích thực vật sẽ tạo thành các loại trầm tích như điatomit, opoka (đá silic), than bùn hay than đá… 1.
