Giáo Trình Địa Chất Cơ Sở Phần 1: Nghiên Cứu Về Vỏ Trái Đất

Tài liệu giảng dạy địa chất cơ sở: khám phá về vỏ trái đất hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao ngành giai đoạn 2020-2025

• Tác giả: Ts. Nguyễn Khắc Hiếu
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Địa Chất
• Đề tài: Giáo Trình Địa Chất Cơ Sở: Khám Phá Về Vỏ Trái Đất
• Loại tài liệu: giáo trình
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Quảng Ninh

Mục lục chi tiết

• BÀI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TRÁI ĐẤT VÀ THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA VỎ TRÁI ĐẤT
• 1.1. Khái quát về trái đất
• 1.1.1. Nguồn gốc của trái đất
• 1.2. Vị trí, hình dạng, kích thước và hình thái bề mặt Trái đất
• 1.2.1. Vị trí Trái đất trong vũ trụ

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Địa Chất Cơ Sở Khám Phá Về Vỏ Trái Đất

Giáo trình Địa Chất Cơ Sở cung cấp cái nhìn tổng quan về vỏ Trái Đất, bao gồm các thành phần vật chất và cấu trúc của nó. Địa chất học là môn khoa học nghiên cứu về Trái Đất, từ thành phần hóa học đến các quá trình địa chất diễn ra bên trong và bên ngoài vỏ Trái Đất. Việc hiểu biết về địa chất không chỉ giúp giải thích các hiện tượng tự nhiên mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc khai thác tài nguyên và bảo vệ môi trường.

1.1. Địa Chất Học Là Gì Khái Niệm Cơ Bản

Địa chất học là môn khoa học nghiên cứu về vỏ Trái Đất, bao gồm các thành phần vật chất và quá trình hình thành của chúng. Địa chất học không chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu các loại đá mà còn mở rộng ra các lĩnh vực như địa vật lý, địa hóa và địa mạo.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Địa Chất Học Trong Cuộc Sống

Nghiên cứu địa chất học có ý nghĩa thực tiễn quan trọng, giúp con người hiểu rõ hơn về môi trường sống và các tài nguyên thiên nhiên. Điều này không chỉ phục vụ cho việc khai thác tài nguyên mà còn giúp dự đoán và phòng ngừa các thiên tai.

II. Những Thách Thức Trong Nghiên Cứu Địa Chất Cơ Sở

Nghiên cứu địa chất cơ sở đối mặt với nhiều thách thức, từ việc thu thập dữ liệu đến việc phân tích và giải thích các hiện tượng địa chất. Các yếu tố như sự biến đổi của vỏ Trái Đất và sự phức tạp trong cấu trúc địa chất làm cho việc nghiên cứu trở nên khó khăn hơn.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Thu Thập Dữ Liệu Địa Chất

Việc thu thập dữ liệu địa chất thường yêu cầu các phương pháp khảo sát phức tạp và tốn kém. Các nhà địa chất phải sử dụng nhiều công cụ và thiết bị hiện đại để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu.

2.2. Sự Biến Đổi Của Vỏ Trái Đất Nguyên Nhân Và Hệ Quả

Vỏ Trái Đất không ngừng biến đổi do các quá trình tự nhiên như kiến tạo, xói mòn và hoạt động của con người. Những biến đổi này có thể dẫn đến các hiện tượng như động đất, lũ lụt và sạt lở đất.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Địa Chất Cơ Sở Hiệu Quả

Để nghiên cứu địa chất cơ sở, các nhà khoa học sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, từ khảo sát thực địa đến phân tích trong phòng thí nghiệm. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và hạn chế riêng, và việc kết hợp chúng sẽ mang lại kết quả tốt nhất.

3.1. Phương Pháp Khảo Sát Thực Địa Tầm Quan Trọng Và Ứng Dụng

Khảo sát thực địa là phương pháp cơ bản trong nghiên cứu địa chất, giúp thu thập dữ liệu trực tiếp từ môi trường. Phương pháp này cho phép các nhà địa chất quan sát và phân tích các đặc điểm địa chất tại chỗ.

3.2. Phân Tích Trong Phòng Thí Nghiệm Quy Trình Và Kỹ Thuật

Phân tích trong phòng thí nghiệm giúp xác định thành phần hóa học và cấu trúc của các mẫu vật thu thập được. Các kỹ thuật như quang phổ, phân tích hóa học và mô phỏng mô hình địa chất thường được sử dụng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Địa Chất Học Trong Cuộc Sống

Địa chất học có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống, từ việc khai thác tài nguyên khoáng sản đến xây dựng cơ sở hạ tầng. Hiểu biết về địa chất giúp con người đưa ra các quyết định đúng đắn trong việc sử dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường.

4.1. Khai Thác Tài Nguyên Khoáng Sản Cơ Hội Và Thách Thức

Khai thác tài nguyên khoáng sản là một trong những ứng dụng quan trọng của địa chất học. Tuy nhiên, việc này cũng đặt ra nhiều thách thức về môi trường và bền vững.

4.2. Xây Dựng Cơ Sở Hạ Tầng Địa Chất Học Trong Thiết Kế

Địa chất học đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và xây dựng các công trình hạ tầng. Hiểu biết về cấu trúc địa chất giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho các công trình.

V. Kết Luận Tương Lai Của Nghiên Cứu Địa Chất Học

Nghiên cứu địa chất học sẽ tiếp tục phát triển và đóng góp vào việc giải quyết các vấn đề môi trường và tài nguyên. Sự tiến bộ trong công nghệ và phương pháp nghiên cứu sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho lĩnh vực này.

5.1. Xu Hướng Nghiên Cứu Địa Chất Trong Tương Lai

Các xu hướng nghiên cứu địa chất trong tương lai sẽ tập trung vào việc ứng dụng công nghệ mới và phát triển các phương pháp bền vững trong khai thác tài nguyên.

5.2. Vai Trò Của Địa Chất Học Trong Bảo Vệ Môi Trường

Địa chất học sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu. Nghiên cứu địa chất giúp hiểu rõ hơn về các quá trình tự nhiên và tác động của con người đến môi trường.

Nội dung chính

Giáo trình Địa chất Cơ sở – Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Địa chất cơ sở do TS. Nguyễn Khắc Hiếu chủ biên cùng sự tham gia của ThS. Nguyễn Thị Thu Hương, được Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh nghiệm thu và ban hành năm 2021 dưới dạng tài liệu lưu hành nội bộ phục vụ đào tạo bậc đại học. Trong chương trình đào tạo các khối ngành kỹ thuật mỏ, trắc địa, công trình và tài nguyên môi trường, Địa chất cơ sở giữ vị trí học phần kiến thức cơ sở ngành bắt buộc, cung cấp nền tảng khoa học sơ khởi về Trái đất trước khi sinh viên tiếp cận các học phần chuyên sâu như Địa chất công trình, Địa chất thủy văn, Thăm dò khoáng sản hay Khai thác mỏ.

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào ba nhiệm vụ cốt lõi của địa chất học:

1. Xác định thành phần vật chất cấu tạo nên vỏ Trái đất (bao gồm thành phần hóa học, khoáng vật và đất đá);
2. Phân tích cấu trúc bên trong và động lực học của thạch quyển;
3. Làm sáng tỏ lịch sử biến đổi, tiến hóa theo không gian và thời gian của các tầng quyển.

Về cấu trúc và phương pháp tiếp cận, giáo trình được thiết kế theo trình tự logic chặt chẽ từ đại thể đến vi thể: mở đầu bằng các khái niệm đại cương, đối tượng nghiên cứu và phương pháp luận khoa học; tiếp nối bởi cấu trúc vật lý - hình thái toàn cầu của Trái đất; sau đó đi sâu vào cấp độ nguyên tố hóa học, mạng tinh thể khoáng vật và cơ chế hình thành các nhóm đá magma, trầm tích và biến chất.

Điểm đặc thù của giáo trình là sự kết hợp chặt chẽ giữa các lý thuyết kinh điển của vật lý địa cầu, địa hóa học với các dẫn chứng địa chất thực tế trên lãnh thổ Việt Nam. Toàn bộ nội dung học thuật được chuẩn hóa dựa trên các quy ước quốc tế như Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU 2006), Hội đồng Trắc địa và Địa vật lý Quốc tế (IUGG 1971, 1975) và Hiệp hội Khoáng vật học Quốc tế (IMA 1995).

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Bài Mở đầu: Khái niệm và phương pháp nghiên cứu địa chất

Bài mở đầu giải thích nguồn gốc thuật ngữ Geologos (Hy Lạp: Geo – Trái đất, logos – học thuyết), xác định đối tượng nghiên cứu trọng tâm là thạch quyển (vỏ Trái đất) cùng 7 phân nhánh nghiên cứu chuyên biệt: Tinh thể - Khoáng vật - Thạch học, Địa chất cấu tạo - Tân kiến tạo, Địa tầng - Trầm tích luận, Khoáng sàng học, Địa chất thủy văn, Địa chất công trình - Địa kỹ thuật và Địa chất môi trường. Bài học phân định 4 phương pháp nghiên cứu nền tảng:

• Phương pháp khảo sát ngoài thực địa (sử dụng búa, địa bàn, khoan thăm dò, ảnh viễn thám vệ tinh và kính lập thể);
• Phương pháp xử lý - phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm;
• Phương pháp hiện tại luận (dùng hiện đại suy đoán quá khứ);
• Phương pháp đối sánh địa chất (tương tự địa chất).

Chương 1: Trái đất và thành phần vật chất của vỏ Trái đất

• Nguồn gốc và vị trí của Trái đất: Hệ thống hóa các giả thuyết thiên văn học về sự hình thành Hệ Mặt trời (giả thuyết Kant-Laplace 1796, giả thuyết Jeans, giả thuyết Hoyle - Schatzman và giả thuyết Otto Smith 1946). Trình bày vị trí Trái đất trong Hệ Mặt trời gồm 8 hành tinh (loại bỏ Sao Diêm Vương theo chuẩn IAU 2006), phân định rõ nhóm hành tinh đất đá (Sao Thủy, Sao Kim, Trái đất, Sao Hỏa) và nhóm hành tinh khí (Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương).
• Hình dạng, kích thước và hình thái bề mặt: Xác định Trái đất có hình elipxoit ba trục và dạng hình quả lê theo nghiên cứu vệ tinh (King, Hele 1969: cực Bắc lồi 10m, cực Nam lõm 30m). Cung cấp hệ thống thông số IUGG (1975): bán kính xích đạo $a = 6378,140\text{ km}$, bán kính cực $b = 6356,779\text{ km}$, độ dẹt $d = 1/298,275$. Phân loại địa hình lục địa (chiếm 29,2%) từ đồng bằng, đồi, cao nguyên, bồn trũng, rift đến địa hình núi theo độ cao tuyệt đối: núi thấp ($500 - 1000\text{ m}$), núi trung bình ($1000 - 3500\text{ m}$), núi cao ($3500 - 5000\text{ m}$) và núi rất cao ($>5000\text{ m}$). Cấu trúc đáy biển (chiếm 70,8%) gồm 3 đơn vị: rìa lục địa (thềm lục địa độ dốc $\le 0,3^\circ$, sườn lục địa $4^\circ - 25^\circ$, chân lục địa, máng nước sâu và cung đảo), bồn đại dương (đồi và đồng bằng biển thẳm) và sống núi giữa đại dương dài khoảng $65.000\text{ km}$.
• Cấu tạo bên trong và tính chất vật lý: Phân chia ba quyển đồng tâm dựa trên vận tốc truyền sóng dọc ($V_p$) và sóng ngang ($V_s$): Vỏ Trái đất (ngăn cách bởi mặt Mohorovičić), Manti (từ mặt Moho đến $2900\text{ km}$, gồm manti trên, manti dưới và quyển mềm asthenosphere ở độ sâu $60 - 250\text{ km}$) và Nhân (gồm nhân ngoài thể lỏng $2900 - 4980\text{ km}$, lớp chuyển tiếp và nhân trong thể rắn $5120 - 6371\text{ km}$, cấu tạo chủ yếu từ hợp kim Fe-Ni). Giới thiệu mô hình vỏ lục địa 3 tầng của N. Pavlenkova dựa trên dữ liệu siêu sâu Kolxki và mô hình vỏ đại dương 4 lớp. Phân tích các trường vật lý: trọng lực (gia tốc $g_0$ theo công thức IUGG 1971, dị thường trọng lực), tỷ trọng và áp lực (theo K. Bullen 1975: áp suất tăng $270\text{ Pa/km}$ ở vỏ), địa từ trường (độ từ thiên, độ từ khuynh, dị thường từ tại mỏ sắt Thạch Khê) và địa nhiệt (gradient địa nhiệt trung bình $3^\circ\text{C}/100\text{ m}$, cấp địa nhiệt $33\text{ m}/1^\circ\text{C}$).
• Thành phần hóa học và khoáng vật: Khái niệm trị số Clark (% trọng lượng nguyên tố trong vỏ Trái đất theo Clark, Washington, Fersman, Goldsmith, Vinogradov) với 8 nguyên tố chủ đạo ($O, Si, Al, Fe, Ca, Na, Mg, K$; trong đó $O, Si, Al$ chiếm $>80%$). Định nghĩa khoáng vật (IMA 1995), hình thái cấu trúc (kết tinh, vô định hình, dạng keo) và 6 nhóm phân loại hóa học: Nguyên tố tự sinh, Hợp chất sunfua, Hợp chất oxyt/hydroxyt, Muối chứa oxy (silicat, cacbonat, sulfat, photphat), Muối halogenua và Hợp chất hữu cơ. Hệ thống hóa tính chất cơ học gồm tỷ trọng, tính cát khai (5 cấp độ từ rất hoàn toàn đến không cát khai) và thang độ cứng tương đối Mohs (1-10: Tan, Thạch cao, Canxit, Fluorit, Apatit, Octoclaz, Thạch anh, Topaz, Corindon, Kim cương) cùng phương pháp đo độ cứng tuyệt đối bằng mũi kim cương.
• Thạch học cơ sở: Định nghĩa đá theo Rosenbusch. Phân tích đá magma theo hàm lượng $\text{SiO}_2$ (siêu bazơ $<45%$, bazơ $45-52%$, trung tính $52-65%$, axit $>65%$), cấu tạo nội sinh/ngoại sinh (theo Zavaritxki), kiến trúc kết tinh (toàn tinh, thủy tinh, hiển tinh, ẩn tinh, nổi ban) và đặc điểm phân bố magma Việt Nam từ Proterozoi muộn đến Kainozoi muộn theo Đào Đình Thục, Huỳnh Trung (1995) qua các khối Sông Chảy, Núi Nưa, Po Sen, Phia Bioc, v.v. Khái quát đá trầm tích: phân loại vật liệu cơ học theo đường kính hạt (tảng $>100\text{ mm}$, cuội $10-100\text{ mm}$, sạn $1-10\text{ mm}$, cát $0,1-1\text{ mm}$, bột $0,01-0,1\text{ mm}$, sét $<0,01\text{ mm}$), vật liệu hóa học/sinh học và 4 giai đoạn biến đổi thành đá theo Xtrakhôp (1954).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết phân quyển địa chấn và kiến tạo: Giải thích bản chất vật lý của các mặt ranh giới Moho, Conrad ($K$), cấu trúc thạch quyển trượt trên quyển mềm (asthenosphere) làm động lực cho thuyết kiến tạo mảng.
• Nguyên lý địa hóa học vỏ Trái đất: Sử dụng trị số phông Clark để xác định các dị thường tích tụ khoáng sản công nghiệp và quy luật biến thiên oxyt ($\text{SiO}_2, \text{Al}_2\text{O}_3, \text{FeO}, \text{MgO}, \text{CaO}, \text{Na}_2\text{O}, \text{K}_2\text{O}$) trong các dãy đá magma.
• Khung phân loại khoáng vật - thạch học tiêu chuẩn: Cung cấp hệ thống nhận dạng khoáng vật dựa trên quan hệ giữa cấu trúc mạng không gian (ô mạng cơ sở) với các tính chất quang học, cát khai, từ tính, phóng xạ và thang độ cứng chuẩn.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng nhận diện và giám định thực địa: Sử dụng búa, kính lúp, địa bàn và thang Mohs để phân biệt nhanh các khoáng vật tạo đá chủ yếu (thạch anh, fenspat, mica, pyroxen, canxit, quặng sắt) và các kiểu cấu tạo (khối, phân dải, gơnai, bọt, hạnh nhân).
• Kỹ năng đo đạc và phân tích số liệu địa vật lý cơ bản: Đọc, tính toán các thông số về gradient địa nhiệt, độ từ thiên, độ từ khuynh và phân tích dị thường địa vật lý (từ trường, trọng lực) phục vụ khoanh vùng thân quặng hoặc tầng đất đá yếu.
• Kỹ năng mô tả mẫu thạch học: Phân tích cỡ hạt trầm tích theo thang kích thước tiêu chuẩn, xác định dạng nằm của các thể xâm nhập magma (thể batolit, lopolit, đá mạch) và đánh giá mức độ gắn kết thành đá.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm

Giáo trình kết hợp phương pháp diễn giải nguyên lý tự nhiên học với phương pháp thực nghiệm thạch học định lượng. Kiến thức được triển khai từ quy luật vật lý toàn cầu (trọng lực, sóng địa chấn, địa nhiệt) trước khi cụ thể hóa thành các đặc điểm tinh thể và phản ứng hóa học tạo khoáng vật, giúp người học nắm bắt bản chất hiện tượng thay vì ghi nhớ thụ động.

Bài tập và phân tích trường hợp điển hình

• Hệ thống câu hỏi ôn tập định kỳ: Cuối mỗi bài/chương đều bố trí các câu hỏi trọng tâm nhằm củng cố khả năng hệ thống hóa (ví dụ: phân biệt đối tượng và nhiệm vụ các chuyên ngành địa chất, giải thích nguyên nhân phát sinh từ tính Trái đất, so sánh 4 phương pháp nghiên cứu địa chất).
• Các trường hợp thực tế (case studies): Phân tích dữ liệu thực tế từ các công trình địa chất tiêu biểu tại Việt Nam như ứng dụng phương pháp đo từ hàng không phát hiện mỏ sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh); cơ chế hình thành các bồn trũng cấu tạo than Uyên, Điện Biên, Na Dương; phân tích cấu trúc phức hệ magma Sông Chảy, khối siêu mafic Núi Nưa (Thanh Hóa).

Thực hành và phương pháp đánh giá

• Thực hành mẫu vật: Hướng dẫn sinh viên nhận diện mẫu khoáng vật, đất đá thông qua bộ mẫu chuẩn, xác định vết vạch, kiểm tra cát khai và tính toán độ cứng tuyệt đối bằng kính hiển vi chuyên dụng gắn mũi kim cương.
• Khảo sát thực địa: Rèn luyện phương pháp lập tuyến khảo sát dã ngoại, ghi chép nhật ký địa chất, đo thế nằm bằng địa bàn và thu thập "tài liệu nguyên thủy" (mẫu quặng, mẫu đá, mẫu hóa thạch).
• Đánh giá: Kết hợp kiểm tra lý thuyết trắc nghiệm/tự luận về cấu trúc thạch quyển với thi thực hành nhận diện khoáng vật - đá trên mẫu thực tế và báo cáo thực tập dã ngoại.

Hướng dẫn tự học

Người học cần đối chiếu các bảng số liệu trong giáo trình (bảng kích thước Trái đất IUGG, bảng trị số Clark, bảng độ cứng Mohs, bảng oxyt magma) với sơ đồ mặt cắt địa chất để thiết lập bảng tổng hợp kiến thức; đồng thời vận dụng phương pháp đối sánh địa chất khi tự quan sát các dạng địa hình bóc mòn, bồi tụ tại địa phương.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Chuẩn hóa dữ liệu khoa học quốc tế

• Cập nhật định nghĩa và phân loại 8 hành tinh trong Hệ Mặt trời theo Nghị quyết của Đại hội đồng Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) năm 2006 (chính thức loại bỏ Sao Diêm Vương khỏi danh mục hành tinh chính).
• Trích dẫn chính xác các hằng số trắc địa toàn cầu từ Hội nghị Trắc địa và Địa vật lý Quốc tế (IUGG) năm 1971 và 1975 về kích thước elipxoit, độ dẹt và công thức tính gia tốc trọng trường lý thuyết $g_0$.
• Cập nhật khái niệm khoáng vật học được chuẩn hóa bởi Hiệp hội Khoáng vật học Quốc tế (IMA, 1995).

Tích hợp kết quả nghiên cứu địa chất hiện đại

• Trình bày mô hình cấu trúc vỏ lục địa 3 tầng phân ranh giới bởi mặt $K_1, K_2$ của N. Pavlenkova, tích hợp trực tiếp các phát hiện địa chấn từ công trình lỗ khoan siêu sâu Kolxki.
• Bổ sung ứng dụng công nghệ viễn thám, xử lý ảnh chụp từ vũ trụ kết hợp kính lập thể trong đo vẽ bản đồ địa chất hiện đại, mở rộng phạm vi khảo sát ngoài các phương tiện truyền thống.

Gắn kết chặt chẽ với thực tiễn địa chất Việt Nam

• Hệ thống hóa toàn diện các giai đoạn hoạt động magma nội sinh trên lãnh thổ Việt Nam từ thời kỳ Proterozoi muộn, Paleozoi sớm - giữa, Paleozoi muộn - Mesozoi sớm, Mesozoi muộn - Kainozoi sớm cho đến Kainozoi muộn dựa trên công trình nghiên cứu của Đào Đình Thục, Huỳnh Trung cùng các cộng sự (1995).
• Nêu rõ các ví dụ điển hình về mỏ khoáng sản và bồn trũng trầm tích trong nước (mỏ sắt Thạch Khê, mỏ đa kim Núi Pháo, bồn trầm tích chứa than Na Dương, dải núi lửa bazan Kainozoi diện tích $23.000\text{ km}^2$ ở Tây Nguyên và Nam Bộ).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Sinh viên chuyên ngành

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên năm thứ nhất và năm thứ hai bậc đại học thuộc các ngành:

• Kỹ thuật Địa chất;
• Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ;
• Kỹ thuật Mỏ (Khai thác mỏ lộ thiên, Khai thác mỏ hầm lò);
• Kỹ thuật Xây dựng Công trình ngầm và Mỏ;
• Kỹ thuật Địa kỹ thuật và Môi trường.

Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites)

Để tiếp thu hiệu quả giáo trình, người học cần có kiến thức nền tảng thuộc chương trình trung học phổ thông và các môn đại cương:

• Vật lý đại cương: Định luật vạn vật hấp dẫn Newton, nguyên lý lan truyền sóng cơ học (sóng dọc, sóng ngang), từ trường, nhiệt động lực học;
• Hóa học đại cương: Bảng tuần hoàn các nguyên tố, liên kết ion/cộng hóa trị, phản ứng oxy hóa - khử, tính chất các nhóm muối silicat, cacbonat, sulfat;
• Địa lý tự nhiên đại cương: Các dạng địa hình lục địa, đại dương và hệ tọa độ kinh vĩ tuyến.

Giảng viên và kỹ sư tham khảo

• Giảng viên sử dụng giáo trình làm khung tài liệu chuẩn để xây dựng đề cương chi tiết học phần, thiết kế bài giảng lý thuyết và lập kế hoạch thực tập dã ngoại địa chất đại cương.
• Kỹ sư địa chất, khai thác mỏ và trắc địa công trình sử dụng giáo trình làm tài liệu tra cứu các chỉ số chuẩn hóa về thang độ cứng, phân loại kích thước hạt cơ học, thành phần hóa học đất đá và các đặc trưng địa chấn thạch quyển.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế dành cho sinh viên bậc đại học thuộc các khối ngành kỹ thuật công nghiệp mỏ, địa chất, xây dựng, trắc địa, cũng như các cán bộ kỹ thuật cần tài liệu tra cứu chuẩn về các nguyên lý địa chất cơ bản.

2. Cần kiến thức nền nào để học tốt môn Địa chất cơ sở?

Người học cần nắm vững kiến thức Hóa học cơ bản (cấu trúc mạng tinh thể, nguyên tố hóa học, phản ứng vô cơ), Vật lý đại cương (sóng đàn hồi, trường trọng lực, từ tính) và Địa lý tự nhiên (các dạng địa hình bề mặt Trái đất).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu địa chất đại cương khác là gì?

Tài liệu tích hợp hệ thống số liệu trắc địa - thiên văn chuẩn quốc tế (IUGG, IAU, IMA), mô hình thạch quyển cập nhật từ lỗ khoan siêu sâu Kolxki và gắn liền phần phân loại thạch học magma với dữ liệu phân bố thực tế tại các vùng miền của Việt Nam theo công trình của Đào Đình Thục và Huỳnh Trung (1995).

4. Làm sao để tự học và nắm vững kiến thức trong giáo trình hiệu quả?

Người học nên bám sát hệ thống câu hỏi ôn tập ở cuối mỗi bài; kết hợp đọc lý thuyết với việc lập bảng so sánh các thang phân loại (độ cứng Mohs, kích thước hạt trầm tích, bảng trị số Clark); đồng thời thực hành nhận diện khoáng vật trên mẫu đá thực tế tại phòng thí nghiệm.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Nội dung giáo trình được liên kết với hệ thống biểu bảng đối chiếu (bảng thông số kích thước Trái đất, bảng phân loại núi theo độ cao, bảng hàm lượng oxyt, bảng độ cứng Mohs và độ cứng tuyệt đối) cùng các sơ đồ cấu tạo vỏ lục địa, vỏ đại dương và phân tầng nhân Trái đất.

---

Kết luận

Giáo trình Địa chất cơ sở (Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, 2021) cung cấp hệ thống tri thức hoàn chỉnh, chuẩn xác về thành phần vật chất, cấu tạo phân quyển và các quy luật động lực học của Trái đất. Nội dung giáo trình đóng vai trò cấu nối kiến thức khoa học tự nhiên cơ bản với các kỹ năng phân tích thạch học, nhận diện khoáng sản và khảo sát địa chất công trình.

Lộ trình học tập khuyến nghị bắt đầu từ việc nắm vững phương pháp luận và các thông số vật lý địa cầu (Bài mở đầu, Chương 1), tiếp tục làm chủ lý thuyết khoáng vật học - thạch học (nguyên tố, tinh thể, đá magma, trầm tích), sau đó mở rộng sang các chuyên trình nâng cao như Thăm dò địa chất, Thạch học chuyên sâu và Địa chất mỏ công trình. Người học có thể tham khảo thêm các công trình nghiên cứu chuyên khảo về thạch học của Đào Đình Thục, Huỳnh Trung (1995) và các tiêu chuẩn phân loại khoáng vật quốc tế (IMA, IUGG) để củng cố chuyên môn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TRÁI ĐẤT VÀ THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA VỎ TRÁI ĐẤT 1. Khái quát về trái đất 1. Nguồn gốc của trái đất Nguồn gốc trái đất và sự tiến hóa của nó từ xưa đến nay đã được con người và nhiều ngành khoa học như thiên văn, địa lý, địa chất, vật lý, triết học quan tâm nghiên cứu giải thích. Nhận thức phát triển trải qua nhiều giai đoạn.

Trước thế kỷ XVIII trở đi việc giải thích gắn với các giả thuyết khoa học. Ngày nay có thể thấy rằng sự hình thành và phát triển của Trái đất có liên quan với thành phần vật chất, các diễn biến tiến hóa của các trường địa vật lý, các trạng thái địa nhiệt, với nguồn gốc của các vòng quyển bao quanh Trái đất. Mặt khác nhiều tư liệu cho thấy, sự hình thành Trái đất chịu ảnh hưởng rất lớn của các hệ thống thiên thể gần và xa trong vũ trụ, trước mắt quan trọng hơn cả là hệ mặt trời. Những biến đổi lớn về mặt địa chất, khí hậu,… trên Trái đất phản ánh các sự kiện đổi thay của Mặt trời, hệ Mặt trời, phản ánh sự tiến hóa của các thiên thể trong hệ Mặt trời.

Từ lâu con người đã quan tâm giải thích nguồn gốc của Mặt trời và trái đất. Trong quá trình nhận thức đó, có hai trường phái luôn đấu tranh với nhau là trường phái duy tâm và trường phái duy vật. Thiên chúa giáo giải thích theo quan điểm duy tâm thần bí, các nhà khoa học giải thích theo quan điểm duy vật. Từ thế kỷ XVIII khoa học phát triển, các nhà khoa học đã xây dựng nhiều giả thuyết khác nhau để giải thích nguồn gốc của Mặt trời và trái đất.

Đó là các giả thuyết tinh vân, giả thuyết cho rằng mặt trời và hành tinh đều do từ một tinh vân tạo thành, giả thuyết tai biến thì cho rằng Mặt trời xuất hiện từ trước sau đó bị một hành tinh hút lại hoặc va chạm vào làm cho một số vật chất bị kéo ra tạo thành hành tinh và giả thuyết thu hút cho rằng Mặt trời hình thành trước sau đó thu hút những vật chất trong hệ Ngân hà để tạo ra hành tinh và vệ tinh. Dưới đây là giả thuyết của một số tác giả. - Giả thuyết của I.Kant cho rằng, trong vũ trụ có nhiều bụi, hơi tạo thành tinh vân. Do lực hấp dẫn chúng liên kết lại thành những khối nhỏ.

Do lực đẩy và hút lẫn nhau, các khối nhỏ tập trung thành khối lớn. Và cũng do lực đẩy và hút gây ra sự va chạm tạo thành sự quay tròn. Sự tập trung vật chất trong vũ trụ lớn dần thành Mặt trời nguyên thủy. Mặt trời tự quay làm cho vật chất tập trung dần vào xích đạo, dần dần thành dạng bẹt tròn và vật chất tập trung vào trung tâm.

Cũng do quay mà Mặt trời đã văng ra các hành tinh và vệ tinh quay quanh Mặt trời. - Giả thuyết Laplaxơ (1796): P.Laplaxơ độc lập nêu ra giả thuyết về nguồn gốc của hệ Mặt trời. Ông cho rằng hệ Mặt trời lúc đầu rất rộng lớn, gồm những khối 5 tinh vân hình cầu nóng và vật chất thưa mỏng. Tinh vân này lúc đầu chuyển động chậm chạp sau đó cũng tăng.

Tinh vân biến dần thành dạng đĩa dẹt. Khi lực ly tâm lớn hơn lực hút thì tách ra một vòng và dần dần tách ra các vòng tương ứng với số hành tinh sau này và quỹ đạo của các hành tinh là khoảng cách của vòng tới tâm của tinh vân nguyên thủy. Các vòng tạo hành tinh nóng cũng với phương thức như trên tạo ra các vệ tinh. Vòng của sao Thổ được xem như là vòng mà chúng chưa đông nén lại để thành vệ tinh.

Ở giữa sao Hỏa và sao Mộc (vòng thức 5) vật chất càng bị phân chia thành rất nhỏ tạo ra đới các tiểu hành tinh. Giả thiết của I.Kant và Laplaxơ được xây dựng độc lập nhưng vì tính chất và cách giải thích gần giống nhau nên được gọi chung là giả thuyết Kant – Laplaxơ: Giả thuyết này thống trị trong suốt thế kỷ XIX. Về sau bị chứng minh là không hợp lý vì Laplaxơ đã không giải quyết được vấn đề momen động lượng. Ngoài ra, giả thuyết của hai ông còn có các thiếu sót sau: Tại sao vệ tinh các sao Mộc và sao Thổ có chiều quay ngược lại chiều quay của đa số thiên thể trong hệ Mặt trời; Tại sao mặt phẳng xích đạo và mặt phẳng quỹ đạo của cả 5 vệ tinh của Thiên Vương Tinh đều vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo; Nếu theo sơ đồ của Laplaxơ thì các vành đai vật chất phải tự quay theo hướng xuôi kim đồng hồ nhưng thực tế chúng lại quay ngược chiều kim đồng hồ; Trong khi tự quay, tại sao không khí ở vành vật chất lại ngưng tụ lại thành hành tinh, trong khi kết quả nghiên cứu phải phân tán vào vũ trụ; Mặt trời tự một vòng quay quanh trục phải mất từ 25 – 27 ngày.

Tốc độ tự quay chậm đó làm sao đủ sức tách một phần vật chất ra thành các hành tinh. Ngay cả độ dẹt do sức ly tâm sinh ra cũng không quan sát thấy. - Giả thuyết Jeans hay giả thuyết “tai biến”: Theo Jeans thì việc tách một phần vật chất vũ trụ từ Mặt trời để hình thành các hành tinh là do tác động của một ngôi sao lạ nào đó, lớn tương tự Mặt trời đã đi vào phạm vi hệ Mặt trời một cách ngẫu nhiên và khoảng cách chúng chỉ còn bằng bán kính Mặt trời. Ở điều kiện đó, hiện tượng triều lực sẽ làm cho vật chất của Mặt trời lồi ra ở hai phía đối diện thành bướu vật chất nóng đỏ.

Bướu hướng về phía Mặt trời của thiên thể lạ dày hơn nhiều so với bướu đối diện. Nó tách ra khỏi Mặt trời, đứt ra từng đoạn sinh ra hành tinh. Giả thuyết giải quyết được vấn đề momen quay của hành tinh không phụ thuộc vào động lượng Mặt trời. Nhưng giả thuyết này mắc một sai lầm khác: Các nhà thiên văn đã tính được rằng khoảng cách giữa các thiên thể là rất lớn, nếu giả sử đường kính Mặt trời bằng 1mm thì khoảng cách từ nó đến ngôi sao gần nhất phải bằng 20 – 25km, vậy trong sự chuyển động hỗn độn đó làm sao một ngôi sao lạ lại có thể may mắn đi đến Mặt 6 trời với khoảng cách 1mm.

- Giả thuyết của E.Hoyle (Anh) và Schatzman (Pháp): Trong những năm 60 của thế kỷ XX, hai nhà thiên văn Anh và Pháp nêu trên tìm cách giải thích theo hướng điện từ trường tác dụng trong quá trình thành tạo Mặt trời và hành tinh. Hai ông cho rằng ban đầu đám tinh vân trong vũ trụ tụ tập dần thành khối quay chuyển với tốc độ không cao nhiệt độ cũng thấp. Dần dần nó co rút thể tích với tốc độ quay tăng nhanh. Đến một mức độ nhất định thì thành hình dẹt, xích đạo phình ra đến nỗi một số vật chất bị văng ra ngoài tạo thành dạng một đĩa tròn quay quanh Mặt trời.

Trọng khối của đĩa tròn cũng chỉ bằng 1/100 của Mặt trời. Vật chất của đĩa tròn dần dần hình thành các mầm hành tinh và sau đó thành hành tinh. Mặt trời bức xạ nhiệt hạch tạo ra một điện từ trường trong không gian của hệ Mặt trời. Khi đĩa tròn vật chất rời khỏi Mặt trời thì ở chỗ ranh giới của chúng phát sinh hiện tượng cơ học từ lưu đưa đến chỗ từ dẫn đến momen và Mặt trời chuyển momen động lượng sang cho đĩa tròn.

Nhờ momen động lượng tăng lên mà đĩa tròn mở rộng ra ngoài. Mặt trời thu nhỏ lại, nhưng vì mất đi momen động lượng nên tốc độ quay chậm lại. Mặt trời bức xạ gió Mặt trời thổi bay xa các vật chất nhẹ hình thành các hành tinh thuộc nhóm Trái đất. - Giả thuyết Otto Smith: Giả thuyết được nêu ra năm 1946.

Otto Smith cho rằng Mặt trời đi qua đám tinh vân. Tinh vân này vốn đã có riêng momen động lượng. Mặt trời thu hút chúng lại và làm cho chúng quay xung quanh Mặt trời. Trong quá trình quay các điểm vật chất, các khí thể va đập lẫn nhau, hút lẫn nhau làm cho chúng tập trung dần dần thành các hành tinh.

Những tập hợp gần Mặt trời bị đốt nóng bức xạ làm cho trong thành phần nhiều thể khí nhẹ bay đi. Những tập hợp ở xa thì nguội lạnh hơn, các khí ngưng kết lại. Chính vì thế đã tạo ra hai nhóm hành tinh. Trong quá trình hình thành các hành tinh, do tác dụng của bức xạ nhiệt và ánh sáng Mặt trời, những vành vật chất ở gần trung tâm bị hun nóng nhiều nhất.

Thành phần khí và một số chất rắn vành này bị bốc hơi và bị áp lực ánh sáng đẩy ra phía ngoài. Rút cuộc ở những vành này chỉ còn khối lượng nhỏ vật chất nhưng nặng và có độ bốc hơi kém là Fe và Ni. Điều này giải thích được tại sao các hành tinh thuộc nhóm Trái đất có kích thước nhỏ nhưng tỷ trọng lớn. Sao thủy có khối lượng và tốc độ tự quay nhỏ nhất vì nó gần Mặt trời nhất: Bức xạ mạnh của Mặt trời làm giảm khối lượng và sự ma sát lớn của triều lực làm giảm tốc độ tự quay của nó.

Tính chất đặc biệt của sao Hỏa về mặt khối lượng cũng là do tác động của 7 sao Mộc. Sao này cướp đi một phần vật chất của sao Hỏa, một phần còn lại tạo nên vành đai tiểu hành tinh. Bộ phận vật chất giữa các vành vật chất bên trong có khối lượng lớn làm xuất hiện hành tinh đôi – Trái đất + Mặt trăng. Vì momen quay lớn nên vật chất ở đây không thể tập trung vào một tâm mà phải có tâm thứ hai là Mặt trăng.

Vào cuối thời kỳ ngưng tụ, Trái đất đã có khối lượng lớn gần như hiện nay thì nội bộ diễn ra quá trình tăng nhiệt. Lúc đầu là nhiệt của quá trình di chuyển vật chất do phốt pho sau đó là quá trình phóng xạ của vật chất. Sự tăng nhiệt dẫn đến sự nóng chảy của vật chất bên trong sắp xếp thành nhân, bao manti và vỏ như hiện nay. Trái đất lúc đầu nguội lạnh sau đó nóng dần lên.

Trái đất hình thành cách đây khoảng 4,5 – 4,6 tỷ năm, còn lớp vỏ thì cách đây khoảng 3 tỷ năm. Vị trí, hình dạng, kích thước và hình thái bề mặt Trái đất 1. Vị trí Trái đất trong vũ trụ Trái đất là một thiên thể trong vũ trụ. Vũ trụ là một thế giới vật chất bao quanh.