Bài giảng Địa chất đại cương

Bài Giảng Địa Chất Đại Cương Người biên soạn: TS. Trần Mỹ Dũng Địa chỉ: Bộ môn Địa chất Điện thoại: (+84) 04 38384048 E-mail: tmdung@126.com Nội dung môn học Chương 1: Những hiểu biết về Trái đất và chuyên nghành Địa chất học Chương 2: Khoáng vật và Đá Chương 3: Tác dụng phong hóa và vỏ phong hóa Chương 4: Hoạt động địa chất của dòng chảy trên mặt Chương 5: Hoạt động địa chất của nước dưới đất Chương 6: Hoạt động địa chất của biển và đại dương Chương 7,8,9: Hoạt động địa chất của hồ và đầm lấy, Hoạt động địa chất của gió, băng hà Chương 10: Tác dụng trầm tích và đá trầm tích Nội dung môn học Chương 11: Tác dụng magma và đá magma Chương 12: Tác dụng biến chất và đá biến chất Chương 14: Các chuyển động kiến tạo và sự biến dạng vỏ trái đất Chương 15: Các học thuyết kiến tạo và học thuyết kiến tạo mảng Chương 15: Tai biến địa chất và Địa chất môi trường Chương 16: Tài nguyên khoáng sản và năng lượng Chương 13: Thời gian trong địa chất và tuổi của các thành tạo địa chất Hình thức tính điểm và các thức thi học phần 1. Điểm ý thức học tập (điểm C): Hình thức thi học phần: 10% 2. Điểm bài tập (điểm B): 30% 3. Điểm thi học phần (điểm A): 60% Thi viết, gồm 4 phần: giải thích danh từ, điền từ vào ô trống, lựa chọn trắc nghiệm và bài tập Ch­¬ng 1: Nh÷ng hiÓu biÕt vÒ tr¸i ®Êt vµ chuyªn nghµnh ®Þa chÊt häc I. Hệ mặt trời và Trái đất Có rất nhiều những giả thiết, những tranh luận trong lịch sử những những điều sau đây luôn là chân lý: 1. Vũ trụ là toàn bộ hệ thống không-thời gian và được cấu thành bởi nhiều hệ Siêu thiên hà. Mỗi một hệ Siêu thiên hà lại bao gồm nhiều hệ Thiên hà. I. Hệ mặt trời và Trái đất Có rất nhiều những giả thiết, những tranh luận trong lịch sử những những điều sau đây luôn là chân lý: 2. Hệ Thiên hà mà trái đất chúng ta đang tồn tại được gọi là hệ Ngân hà (Milky Way). Đây là một hệ thiên hà có dạng xoắn ốc, có đường kính ~100.000 năm ánh sáng, chiều dày ~1.000 năm ánh sáng và bao gồm 200-400 tỉ ngôi sao. 3. Hệ Mặt trời (Thái dương hệ) nằm trong hệ Ngân hà, bao gồm Mặt trời, và 9 hành tinh quay quanh mặt trời, các vệ tinh của chúng và sao chổi 4. Tất cả các hành tinh đều quay quanh mặt trời với một quỹ đạo gần tròn tương tự nhau, góc giữa quỹ đạo quay và mặt phẳng nằm ngang rất nhỏ, hầu hết các hành tinh đều quay từ Tây sang Đông (trừ sao Kim, Thiên Vương, Diêm Vương) và các vệ tinh của chúng cũng thế 5. Các hành tinh được chia thành hai nhóm: Hành tinh đất đá (phía trong): Sao Thủy, Sao Kim, Trái đất, Sao Hỏa Hành tinh khí (phía ngoài): Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương và Sao Diêm Vương Có nhiều giả thiết được đưa ra để giải thích sự hình thành hệ mặt trời và Trái Đất: Kant, 1779; Laplace, 1796; Smith, 1946; Hoyle and Schatzman, 1960s Quan điểm của Hoyle and Schatzmans được dùng nhiều hơn cả Nguồn gốc hệ mặt trời và Trái đất Sự tiến hoá của hệ mặt trời Sự tiến hoá của hệ mặt trời Hệ mặt trời hiện tại Sao Kim Sao Thuỷ Trái Đất Sao Hoả Sao Mộc Sao Thổ Sao Thiên Vương Sao Hải Vương Sao Diêm Vương Các hành tinh phía trong (hành tình đất đá) Các hành tinh phía ngoµi (hành tình khÝ) II. Trái đất Lµ hµnh tinh ®Êt ®¸ cã vÞ trÝ thø 3 trong hÖ mÆt trêi Quay quanh mÆt trêi víi quü ®¹o tõ T©y sang §«ng, 1 vßng hÕt 365 ngµy Quay quanh trôc cña nã nghiªng víi ®­êng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng quü ®¹o lµ 23,5o, mét vßng hÕt 24h II. Trái đất Là một hình cầu lí thuyết bán kính không đều nhau. §ường kÝnh theo xÝch ®¹o (6378km) dµi h¬n ®­êng kÝnh theo cùc (6356km), diện tích bề mặt ~510.072.000 km2, khối lượng ~5,9736x1024 kg II. Trái đất BÒ mặt tr¸i ®Êt lồi lõm, phân thành 2 phần rõ ràng là Lục địa và Đại dương 8850m Lục địa: chiếm 30% diện tích bề mặt trái đất, bao gồm các dạng địa hình nằm cao hơn mực nước biển: đồng bằng, đồi và núi. Điểm cao nhất trên trái đất là đỉnh Everest (Himalaya): 8.850 m Tiêu chuẩn độ cao phân chia theo độ cao địa hình: Đồng bằng: 0-50 m; Đồi: 50-200m; Núi thấp: 200-500m; Núi cao trung bình: 500-1000m; Núi cao: 1000-3000; Núi rất cao: >3000m Nơi sâu nhất trong vực Mariana: 11.521m Đại dương: Chiếm khoảng 70% diện tích bề mặt trái đất, bao gồm Thái bình dương, Đại tây dương, Ấn độ dương, đại dương bắc cực, đại dương Nam cực và các biển rìa. II. Trái đất Các tính chất vật lý của trái đất Trái đất là một thanh nam châm khổng lồ với trục địa từ (bắc-nam) lệch với trục địa lý (bắc-nam) một góc 11,5o. Từ trường bao quanh trái đất được gọi là trường địa từ. Trường địa từ Từ trường Cực từ thay đổi theo thời gian Trường địa từ Từ trường Từ trường Độ từ thiên Là góc lệch (δ) giữa hướng bắc địa lý (kinh tuyến địa lý) và hướng bắc địa từ (kinh tuyến địa từ). Giá trị góc δ=0 khi ở xích đạo tăng dần đến 11,5o về phía đông bán cầu và ngược lại giảm dần đến -11,5o về phía tây bán cầu. Tại Việt Nam góc δ=-1 tại Cao Bằng, δ=0 tại Đà Nẵng và δ=1 tại Cà Mau * Chú ý khử độ từ thiên trong đo địa bàn địa chất Từ trường Là góc lệch của kim nam châm so với mặt phẳng nằm ngang. Có giá trị bằng 0o ở xích đạo và 90o ở hai cực. Độ từ khuynh Từ trường Vị trí của trục từ có sự thay đổi theo thời gian Cổ địa từ: Các đá trong các thời kỳ địa chất thường có từ tính nhất định, đại diện cho phương hướng của cực từ trong thời ký chúng hình thành. Lợi dụng tính chất này các nhà địa chất có thể tìm hiểu về lịch sử tiến hóa trái đất, hiểu về sự dịch chuyển tương đối trong từng giai đoạn của các bộ phận trên trái đất, đồng thời có thể đối sánh thời kỳ hình thành các loại đá ở những khu vực khác nhau Kết quả nghiên cứu cổ từ cho thấy mảng Hoa Bắc có thể tách ra từ Laurentia; 1tỷ năm trước có thể có quan hệ mật thiết với mảng Bắc Mỹ Dị thường từ: là hiện tượng cường độ địa từ ở một nơi nào đó hoặc trong một thể địa chất nào đó cao hơn/thấp hơn giá trị trung bình. Đây là dấu hiệu để nghiên cứu các hiện tượng địa chất và tìm kiếm khoáng sản, đặc biệt là các khoáng sản có từ tính như quặng sắt, đây là một phương pháp nghiên cứu cơ bản trong các phương pháp địa vật lý Để nghiên cứu từ trường, người ta dùng từ kế có thể đo trên mặt đất, trên máy bay hoặc vệ tinh. Từ trường Träng lùc: Lµ lùc hót cña Tr¸i ®Êt t¸c dông lªn vËt thÓ, C­êng ®é cña tr­êng träng lùc t¹i 1 ®iÓm trªn mÆt ®Êt ®­îc tÝnh b»ng gia tèc träng lùc t¹i ®iÓm ®ã (®¬n vÞ tÝnh m/s2), gi¸ trÞ nµy thay ®æi phô thuéc vµo ®é cao ®Þa hinh vµ thµnh phÇn vËt chÊt. C¸c ®¸ cã tû träng kh¸c nhau, dùa vµo chØ sè nµy cã thÓ lîi dông ®Ó x¸c ®Þnh c¸c tÇng ®¸ kh¸c nhau, lµ nguyªn lý c¬ bản trong ph­¬ng ph¸p ®Þa vËt lý träng lùc. Gradient ¸p lùc: Cµng xuèng s©u trong vá tr¸i ®Êt cµng lín ¸p lùc cµng lín, cø 1km tăng 270Pa. Gi¸ trÞ nµy ®­îc sö dông réng r·i trong nghiªn cøu c¸c ®¸ biÕn chÊt còng nh­ x¸c ®Þnh ®é s©u t¹o quÆng trong ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu bao thÓ khÝ láng. Trọng lực và áp lực Nhiệt độ Nguồn nhiệt của Trái đất Nguồn bên trong: nhiệt tồn tại từ các vụ nổ hành tinh khi hình thành trái đất và đang trong quá trình nguội lạnh; nhiệt do phân hủy phóng xạ, nhiệt do các phản ứng hóa học, do vận động kiến tạo v.v. Nguồn bên ngoài: chủ yếu do bức xạ mặt trời, và chỉ tác dụng đến chiều sâu hạn chế Nhiệt độ Gradient địa nhiệt: Là mức tăng nhiệt độ theo chiều sâu, càng xuống sâu nhiệt độ Trái đất càng tăng lên, giá trị trung bình là 25oC/1km Có kết cấu cơ bản theo các lớp hình cầu gọi là các vòng quyển, gồm: Khí quyển (Atmosphere), Thủy quyển (Hydrosphere), Sinh Quyển (Biosphere), Địa Quyển (Geosphere) C¸c quyÓn cã t¸c dông t­¬ng hé lÉn nhau II. Trái đất Kết cấu trái đất Sinh quyển: Phân bố trên bề mặt Trái đất, đến độ sâu vài km bên dưới bề mặt trái đất mà ở đó có sự tồn tại của thế giới sinh vật Thủy quyển: Bao gồm toàn bộ lượng nước phân bố trong các đại dương, biển, sông, hồ, đầm lầy, lỗ rỗng của đá tới độ sâu vài km bên dưới mặt đất. Địa quyển: Bao gồm từ nhân đến bề mặt Trái đất, gồm chue yếu là các đá và các tầng đất mặt Khí quyển: là phần ngoài cùng của Trái đất, gômg hỗn hợp nhiều loại khí bao bọc xung quanh trái đất hoặc thẩm thấu xuống đến độ sâu vài km dưới mặt đất và bị giữ bởi trọng lực. VËt chÊt di chuyÓn vµ biÕn ®æi trong c¸c quyÓn trªn tr¸i ®Êt Cã thÓ theo mét h­íng liªn tôc hoÆc theo nh÷ng “vßng quay” gäi lµ c¸c vßng tuÇn hoµn, chñ yÕu gåm: Vßng tuÇn hoµn cña n­íc Vßng tuÇn hoµn cña c¸c ®¸ Vßng tuÇn hoµn kiÕn t¹o Vßng tuÇn hoµn cña Oxy Vßng tuÇn hoµn cña Carbon v.v… Kết cấu trái đất Vßng tuÇn hoµn cña n­íc CÊu tróc néi bé cña Tr¸i §Êt Vá QuyÓn mÒm Th¹ch quyÓn Manti d­íi Manti Nh©n ngoµi Nh©n trong Nhân trái đất: Được chia thành 2 phần: - Nhân trong: trong điều kiện áp suất rất lớn, sắt ở trạng thái rắn mặc dù nhiệt độ rất cao - Nhân ngoài: Vật chất ở trạng thái lỏng Manti Nằm dưới đáy quyển mềm và phía trên nhân ngoài Nhiệt độ tại ranh giới giữa nhân và manti khoảng 5000oC. Quyển mềm Là 1 vùng trên của manti, các đá ở trạng thái mềm dẻo, dễ dàng bị biến dạng, có chiều sâu từ 100 đến 350km tính từ bề mặt trái đất. Thạch quyển: Nằm phía trên quyển mềm, các đá ở trạng thái cứng chắc Vỏ trái đất Dựa theo thành phần Vỏ trái đất được chia thành hai phần khác nhau (còn gọi là kiểu vỏ) Vỏ đại dương: nằm dưới mặt nước biển, chiều dày trung bình khoảng 8km chủ yếu cấu thành từ các đá có thành phần mafic như bazan, gabro, siêu mafic và các lớp trầm tích biển Vỏ lục địa: có chiều dày trung bình 45 km, thành phần chủ yếu là các đá biến chất, trầm tích và granit Vá Manti Nh©n ngoµi Nh©n trong QuyÓn mÒm Th¹ch quyÓn Manti d­íi Thành phần vật chất của Trái đất Sơ đồ mô tả thành phần vật chất của trái dất Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học .......................... Khoáng vật Khoáng vật Trái đất Khoáng vật Thạch quyển Manti Nhân Đá magma Đá trầm tích Đá biến chất Thành phần hóa học của lớp vỏ thạch quyển Trái đất được xác định thông qua thống kê và tổng hợp các kết quả phân tích mẫu. Thành phần hóa học của các lớp dưới sâu chỉ được dự đoán thông qua các phương pháp nghiên cứu gián tiếp. Các nguyên tố phổ biến nhất trong lớp vỏ trái đất là oxi, silic, nhôm, sắt, canxi, natri, kali và magie. Tám nguyên tố này chiếm tới 98.5% tổng trọng lượng của lớp vỏ. Thành phần hóa học của Trái đất Thành phần khoáng vật và đá Được trình bày trong chương 2 III. Chuyªn nghµnh ®Þa chÊt häc vµ m«n häc §Þa chÊt ®¹i c­¬ng ®Þa chÊt häc lµ m«n khoa häc tù nhiªn nghiªn cøu thµnh phÇn vËt chÊt, cÊu t¹o néi bé, nguyªn nh©n vµ qu¸ trình hình thµnh, tiÕn ho¸ cña tr¸i ®Êt. M«n khoa häc lÊy tr¸i ®Êt lµ ®èi t­îng nghiªn cøu cô thÓ III.1. §Þa chÊt häc Địa chất học nghiên cứu gì? Má ®ång Sinh QuyÒn, Lµo Cai III.1. §Þa chÊt häc C¸c m«n khoa häc chñ yÕu trong chuyªn nghµnh §Þa chÊt häc C¸c m«n khoa häc nghiªn cøu thµnh phÇn vËt chÊt cña vá tr¸i ®Êt nh­ Tinh thÓ häc, Kho¸ng vËt häc, Th¹ch häc v.v. Nghiªn cøu lÞch sö ph¸t triÓn ®Þa chÊt cña vá tr¸i ®Êt nh­ Cæ sinh vËt häc, §Þa sö, §Þa tÇng häc, Cæ ®Þa lÝ, §Þa chÊt §Ö Tø v.v. Nghiªn cøu chuyÓn ®éng cña vá tr¸i ®Êt nh­ §Þa chÊt cÊu t¹o, §Þa kiÕn t¹o, §Þa m¹o, T©n kiÕn t¹o Nghiªn cøu sù h×nh thµnh, ph©n bè cña c¸c kho¸ng s¶n, c¸ch t×m kiÕm th¨m dß chóng, bao gåm c¸c m«n häc nh­ §Þa chÊt c¸c má kho¸ng, §Þa chÊt dÇu, §Þa chÊt t×m kiÕm th¨m dß v.v. III.1. §Þa chÊt häc Nghiªn cøu sù ph©n bè vµ vËn ®éng cña n­íc d­íi ®Êt nh­ §Þa chÊt thuû v¨n Nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng nh­ §Þa chÊt c«ng tr×nh v.v. Nghiªn cøu phãng chèng thiªn tai, b¶o vÖ m«i tr­êng nh­ §Þa chÊt m«i tr­êng, §Þa chÊn häc, §Þa chÊt du lich v.v. Nghiªn cøu sö dông c¸c nguån tµi nguyªn kho¸ng s¶n: §Þa chÊt nguyªn liÖu kho¸ng III.1. §Þa chÊt häc ý nghÜa vµ ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu cña §Þa chÊt häc ý nghÜa lÝ luËn Nghiªn cøu toµn diÖn quy luËt tiÕn ho¸ vµ h×nh thµnh tr¸i ®Êt, gãp phÇn thiÕt lËp thÕ giíi quan duy vËt biÖn chøng. Thóc ®Èy toµn bé c¸c nghµnh khoa häc tù nhiªn tiÕn lªn phÝa tr­íc. Gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò lÝ luËn c¬ b¶n ®­¬ng ®¹i nh­ nguån gèc thiªn thÓ, nguån gèc sinh mÖnh v.v. ý nghÜa thùc tiÔn Võa cã ý nghÜa chiÕn l­îc vµ chiÕn thuËt vÒ ph­¬ng diÖn t×m kiÕm kho¸ng s¶n. Tìm hiÓu khai th¸c n­íc d­íi ®Êt, quy ho¹ch sö dông n­íc ding vµ n­íc phôc vô cho c«ng, n«ng nghiÖp trong ph¹m vi toµn quèc vµ khu vùc. Cung cÊp c¸c t­ liÖu vÒ tÝnh chÊt vµ ®é æn ®Þnh c¸c nÒn mãng phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ, chän tuyÓn ®­êng giao th«ng, x©y dùng cÇu cèng, ®Ëp n­íc, ®ª ®iÒu, c¶ng, c¸c c«ng trình kiÕn tróc v.v. Quan hÖ víi tai biÕn ®Þa chÊt vµ ®Þa chÊt m«i tr­êng C¸c ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu Dùa trªn nguyªn t¾c “lÊy míi suy cò” Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu ngoµi thùc ®Þa (quan s¸t m« t¶, lÊy mÉu v.v.) Ph­¬ng ph¸p sö lÝ v¨n phßng (thèng kª, tÝnh to¸n, sö lÝ kÕt qu¶ ph©n tÝch, thµnh lËp c¸c b¶n ®å ®Þa chÊt, ph©n tÝch tæng hîp) §Æc ®iÓm cña m«n khoa häc Kh«ng gian: cã tÝnh vÜ m« vµ vi m« Thêi gian: Cã tÝnh chËm ch¹p l©u dµi vµ cã tÝnh ®ét ngét TÝnh phøc t¹p vµ cã quy luËt cña tù nhiªn III.2. §Þa chÊt ®¹i c­¬ng §Þa chÊt ®¹i c­¬ng lµ m«n häc gióp häc sinh thiÕt lËp ®­îc c¸c kh¸i niÖm ban ®Çu c¬ b¶n vÒ ®Þa chÊt häc, n¾m b¾t ®­îc nh÷ng tri thøc phæ th«ng c¬ b¶n vÒ khoa häc tr¸i ®Êt, b­íc ®Çu lµm quen víi ph©n tÝch ®Þa chÊt häc, t¹o dùng n¨ng lùc t­ duy gi¶i quyÕt vÊn ®Ò (hoÆc t­ duy ®Þa chÊt) vµ nh÷ng hiÓu biÕt vÒ tµi nguyªn m«i tr­êng; ®ång thêi b­íc ®Çu hiÓu biÕt vÒ nh÷ng ph­¬ng ph¸p, c«ng viÖc th«ng th­êng trong khoa häc tr¸i ®Êt; t¹o tiÒn ®Ò thuËn lîi vµ cã nh÷ng kiÕn thøc nhÊt ®Þnh cho viÖc n¾m b¾t c¸c kiÕn thøc cña c¸c m«n häc chuyªn m«n vÒ sau nh­ ®Þa chÊt cÊu t¹o, cæ sinh vËt, ®Þa sö v.v.