CHƯƠNG 1: ĐẤT ĐÁ Hình 1.16 – Phân loại đất đá theo nguồn gốc và điều kiện thành tạo 1) Đá trầm tích ; 2) Đá magma; 3) Đá biến chất 1. Đá magma Đá magma được thành tạo từ dung thể magma là những khối silicat nóng chảy, có thành phần phức tạp được đông nguội từ sâu trong lòng đất hoặc phun trào (phún xuất) lên mặt đất. Quá trình tạo đá magma là quá trình địa chất nội động lực. a) Điều kiện thành tạo Đá magma được thành tạo do kết quả nguội lạnh của dung thể magma nóng chảy dưới lòng đất.
Tùy theo điều kiện thành tạo đá magma được chia ra làm hai loại: - Đá magma xâm nhập: thành tạo trong điều kiện áp suất lớn, khối magma nguội dần và các tinh thể khoáng vật kết tinh một cách từ từ, đều đặn. Đá magma xâm nhập thường là các loại đá dạng khối đặc xít, có kết tinh đầy đủ. Ví dụ: đá granite, sienite, diorite, dunite,… - Đá magma phun trào (phún xuất): thành tạo do magma theo khe nứt tràn lên mặt đất, trong điều kiện áp suất, nhiệt độ nhỏ, magma sẽ nguội đi một cách nhanh chóng, khí và hơi nước thoát ra, nên có thể tạo thành các lỗ rỗng. Đá magma phun trào thường dạng vi tinh hoặc không có tinh thể (vô định hình, thủy tinh) hoặc có lỗ rỗng như: đá bọt, đá basalt.
Một số loại đá magma phun trào: đá liparite, trachyte, andesite, diaba, basalt,… b) Thành phần khoáng vật Thành phần khoáng vật chủ yếu của đá magma gồm: - Feldspar (60%) 33 CHƯƠNG 1: ĐẤT ĐÁ - Thạch anh (12%) - Pyroxene (17%) - Mica (4%) - Một số khoáng vật phụ như zircon, apatite, tourmaline,…. Hầu hết các khoáng vật trong đá magma đều có liên kết hóa trị bền vững và được thành tạo ở nhiệt độ cao, nhưng ít bền vững ở điều kiện môi trường tự nhiên khác môi trường thành tạo (trừ khoáng vật thạch anh).Hàm lượng SiO2 quyết định nên tính chất của magma và đặc điểm của đá. Lượng SiO2 trong đá càng giảm thì màu của đá càng sẫm, tỷ trọng càng tăng, nhiệt độ nóng chảy càng giảm. c) Kiến trúc Kiến trúc đá magma phụ thuộc vào mức độ kết tinh, kích thước của tinh thể và độ hoàn thiện, đồng đều của các mặt tinh thể.
Các dạng kiến trúc đá magma có 5 dạng chính: - Kiến trúc toàn tinh: các hạt được nhìn rõ bằng mắt thường, đây là đặc trưng cho đá magma xâm nhập. - Kiến trúc vi tinh: một số khoáng vật đã kết tinh và một số khoáng vật ở dạng vô định hình. - Kiến trúc thủy tinh: không có một khoáng vật nào được kết tinh, đặc trưng cho đá phun trào mạnh lên mặt đất. - Kiến trúc Porphyr: trong đá có loại tinh thể lớn và chiếm đa số.
- Kiến trúc kết chằng: các khoáng vật kết tinh không cùng một lúc và xen lẫn nhau. Dựa vào kiến trúc của đá có thể biết được điều kiện thành tạo của đá. d) Cấu tạo Đánh giá theo sự sắp xếp của các hạt khoáng vật trong không gian - Khối (đẳng hướng): thường thấy ở đá xâm nhập, các khoáng vật được phân bố đều và chặt. - Dải (dị hướng): thường thấy ở đá phun trào, các khoáng vật phân bố theo những dải riêng xem kẽ nhau.
Đánh giá theo mức độ chặt sít - Đặc sít: Không thấy lỗ hổng (đá xâm nhập) - Lỗ hổng: Thấy các lỗ hổng (đá phun trào), do khí hình thành trong quá trình tạo đá. 34 CHƯƠNG 1: ĐẤT ĐÁ - Hạnh nhân: Các khoáng vật thứ sinh (khoáng vật khác nguồn gốc) lấp đầy các lỗ hổng. e) Dạng thế nằm Dạng thế nằm là hình thái của đá magma sau khi đã đông nguội, tức là hình dạng của khối magma (Hình 1. Dạng thế nằm của đá magma xâm nhập, có 4 dạng sau: - Dạng nền (Batholith): là những khối đá xâm nhập rất lớn, đá vây quanh không bị biến đổi về thế nằm, ranh giới dưới không xác định, diện tích phân bố từ hàng trăm đến hàng ngàn km2.
- Dạng nấm (Laccolith): là những khối đá hình dạng nấm được hình thành do magma theo các khe nứt tràn lên tạo thành, các đá phía trên được nâng lên tạo thành dạng vòm. - Dạng lớp (sill): Do magma xâm nhập vào khe nứt mặt lớp và đông cứng, bề dày nhỏ (vài mét đến vài chục mét) nhưng diện phân bố rộng. - Dạng mạch (dyke): là những khối đá trong các khe nứt do magma xâm nhập vào, hình dạng của đá magma phụ thuộc vào hình dạng của khe nứt. Dạng thế nằm của đá magma phun trào, có 3 dạng sau: - Dạng vòm phủ: là những khối magma phun trào lên mặt đất và đông đặc nhanh lại thành dạng vòm cầu.
- Dạng lớp phủ: là những khối magma phun trào lên mặt đất, trải đều ra theo diện rộng và đông đặc lại với diện phân bố rộng có khi lên đến hàng ngàn km2. - Dạng dòng: là những khối magma phun trào ra các khe rãnh quanh miệng núi lửa. Khi nguội và đông cứng, dung thể magma sẽ co thể tích và tạo nên khe nứt nguyên sinh theo những quy luật nhất định trong khối đá tạo nên khối nứt nguyên sinh. Ví dụ: Đá basalt có khối nứt hình trụ lục lăng(tiêu biểu là Gành Đá Dĩa – Phú Yên); Đá granite, syenite có khối nứt hình đệm; Đá diorite có khối nứt hình cầu.
35 CHƯƠNG 1: ĐẤT ĐÁ Hình 1.17- Thế nằm của đá magma f) Phân loại đá magma Tùy theo hàm lượng SiO2 , đá magma được chia ra 4 loại sau: - Đá magma axit : SiO2> 65%, sáng màu - Đá magma trung tính : 52% < SiO2< 65%, xám xanh - Đá magma bazơ : 40% < SiO2< 52%, sẫm màu – đen - Đá magma siêu bazơ : SiO2< 40%, xanh sẫm – đen Đá magma axit:là loại đá magma phổ biến nhất như: granite, liparite, graniteporphyr, thạch anh, … o Đá granite: đá magma xâm nhập, thường có dạng khối, đặc xít, khoáng vật chủ yếu gồm thạch anh, feldspar, mica. Đá graniteporphyr: đá phun trào có thành phần tương tự đá granite. Đá granite và granite porphyr có mặt ở: núi Sam, núi Sập (Châu Đốc), núi Bà đen (Tây Ninh), dãy Trường Sơn… o Đá liparite: đá magma phun trào, có thành phần khoáng vật như đá granite. Đá liparite có mặt ở Nha Trang, Bà Rịa, Côn Sơn, Vũng Tàu, Lạng Sơn, Móng Cái, Thanh Hóa… Đá magma trung tính:làcác loại đá như syenite, diorite (đá xâm nhập); trachyte, andesite, porphyry, porphyr orthoclase (đá phun trào).
o Đá diorite, andesite: có thành phần chủ yếu là plagioclase, hornblend, augite, biotite… Hai loại đá này có mặt ở: Đà Lạt, Nha Trang, Phan Thiết, Vũng Tàu, Châu Thới (Biên Hòa)… 36 CHƯƠNG 1: ĐẤT ĐÁ o Đá Syenite, trachyte: có thành phần khoáng vật là feldspar, hornblend, biotite,… Đá này có mặt ở: Vũng Tàu, Hòn Tre (Kiên Giang), núi Bà Đen (Tây Ninh)… Đá magma bazơ: là loại đá tương đối phổ biến như Gabro (đá xâm nhập); Diabaz, bazalt (đá phun trào). Thành phần khoáng vật chủ yếu của đá magma bazơ là: plagioclase, augite và một lượng ít olivine. Đá này có mặt ở Tây Nguyên, miền Đông Nam Bộ, Trường Sơn, Thanh Hóa… Đá magma siêu bazơ: phân bố rất ít, chỉ thành tạo ở dưới sâu do có nguồn gốc xâm nhập như peridotite, dunite. Thành phần khoáng vật thường không có thạch anh, feldspar và dễ bị phong hóa.
Đá magma siêu bazơ có mặt ở vùng sông Mã, sông Đà, Tây Bắc, Vĩnh Phú… o Đá peridotite: có thành phần khoáng vật là augite, olivine và các khoáng quặng. o Đá dunite: có thành phần khoáng vật là olivine và các khoáng quặng. g) Đặc tính xây dựng của đá magma Độ bền của đá magma được quyết định bởi thành phần và kiến trúc của đá. Đá có kích thước hạt nhỏ có độ bền cao hơn đá có kích thước hạt không đều.
Trong điều kiện tự nhiên, đá magma thường dễ bị phong hóa khi lộ ra trên mặt đất dẫn đến việc hình thành các khe nứt. Độ nứt lớn có thể gây trượt lở ở sườn dốc và mất nước ở các công trình thủy công. Nếu đá magma bị phong hóa mạnh bị vỡ vụn hoặc phong hóa thành đất,…sẽ làm ảnh hưởng rất lớn đến khả chịu lực của khối magma và kém an toàn cho các công trình bên trên. Vì vậy, khi chọn đá magma sử dụng cho công trình cần phải đánh giá tính thấm nước, chứa nước, thành phần, kiến trúc, cấu tạo, thế nẳm của đá; bên cạnh đó cần phải nghiên cứu tính chất vật lý, cơ học,.
và đặc biệt là chú ý tình trạng phong hóa, nứt nẻ xảy ra trên đá magma trong điều kiện tự nhiên và trong điều kiện làm việc của công trình xây dựng. Đá trầm tích Đây là loại đất đá gây nhiều khó khăn nhất trong xây dựng. Nó là trung tâm nghiên cứu của môn học vì: - Phân bố rộng rãi trên bề mặt (75%) do đó nhiều công trình xây dựng trên loại đất đá này. - Nguồn gốc đa dạng và phức tạp.
- Tính chất và trạng thái thay đổi nhiều trong không gian. Khả năng chịu tải của nhiều loại đất đá trầm tích là rất yếu. 37 CHƯƠNG 1: ĐẤT ĐÁ a) Điều kiện thành tạo Đất đá trầm tích được thành tạo do kết quả tích tụ và gắn kết của các trầm tích vụn rời. Các đá lộ ra trên mặt đất chịu tác dụng của nhiều yếu tố như sinh vật, khí tượng… bị phá hủy và tạo thành những vụn, hạt hay những chất hòa tan trong nước.
Các sản phẩm này được gió, nước chuyển đi và tích tụ lại trên bề mặt lục địa, lòng sông, biển, đại dương tạo thành trầm tích vụn rời. Trầm tích vụn rời trải qua một thời kỳ nén chặt và gắn kết sẽ tạo thành đá trầm tích. Quá trình thành tạo trầm tích có thể chia ra làm 3 giai đoạn: - Giai đoạn 1: đá ban đầu bị phá hủy vào tạo nên các hạt vụn, dung dịch – giai đoạn tạo vật liệu trầm tích. - Giai đoạn 2: dưới tác dụng của gió và nước, vật liệu trầm tích được vận chuyển và chọn lọc, chúng được trầm tích lại thành các lớp – giai đoạn vận chuyển tạo lớp.18) - Giai đoạn 3: dưới tác dụng của áp lực, trọng lực và các dung dịch kết tủa trong nước, trầm tích mềm rời được nén chặt hoặc gắn kết thành đá – giai đoạn thành đá.19), minh họa quá trình nén ép hình thành đá trầm tích dưới biển.18-Vận chuyển lắng đọng và phân dị thành phần hạt trầm tích từ vùng núi đến đồng bằng Hình 1.19– Quá trình nén ép hình thành đá trầm tích ở dưới biển a) Giai đoạn gắn kết yếu; b) Giai đoạn nén chặt; c) Giai đoạn hóa đá 38 CHƯƠNG 1: ĐẤT ĐÁ b) Phân loại Theo nguồn gốc thành tạo, đá trầm tích phân thành 2 nhóm chính: trầm tích vụn cơ học và trầm tích sinh hóa.