Bài giảng Địa chất đại cương - Chương II: Thành phần vật chất của trái đất

Nội dung text: Bài giảng Địa chất đại cương - Chương II: Thành phần vật chất của trái đất

1. CHƯƠNG II THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA TRÁI ĐẤT
2. Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học Nguyên tố hóa học Khoáng vật Khoáng vật Khoáng vật Đá magma Đá trầm tích Đá biến chất Thạch quyển Manti Nhân Trái đất Sơ đồ mô tả thành phần vật chất của trái dất
3. THÀNH PHẦN HÓA HỌC  Việc nghiên cứu thành phần vật chất của trái đất chủ yếu được Nguyên tố hóa học Tỷ lệ phần trăm tiến hành dựa trên phân tích trong lớp vỏ trái khối lượng hàng chục ngàn mẫu vật lấy trên bề mặt hoặc trong các giếng đất khoan trong phạm vi lớp vỏ nông của trái đất. Thành phần vật chất ở dưới sâu chỉ được dự O 46.6 đoán thông qua các phương pháp nghiên cứu gián tiếp. Si 27.7 Al 8.1  Các nguyên tố phổ biến nhất trong lớp vỏ trái đất là oxi, silic, nhôm, sắt, canxi, natri, kali và Fe 5.0 magie. Tám nguyên tố này chiếm tới 98.5% tổng trọng lượng của Ca 3.6 lớp vỏ. Na 2.8 K 2.6 Mg 2.1
4. THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT  Khoáng vật là sự kết hợp tự nhiên của một hoặc nhiều các nguyên tố hóa học ở trạng thái rắn.  Ví dụ: a b  Khoáng vật 1 nguyên tố: Than, Kim cương Tinh thể khoáng vật phát triển theo 3 chiều (C) a – kim cương; a - Pyrite  Khoáng vật nhiều nguyên tố: Canxit (CaCO3)  Các tinh thể khoáng vật rất đa dạng về hình thái kết tinh, phụ thuộc vào kích thước các nguyên tử tham gia vào thành phần khoáng vật, nhiệt độ và c d áp suất khi kết tinh. Tinh thể khoáng vật phát triển theo 1 chiều c– Thạch anh; d- tourmaline  Hầu hết các khoáng vật đều có sự tham gia của silic (tạo thành các khoáng vật silicat). Chỉ vài trăm trong số hàng ngàn khoáng vật đã biết là các khoáng vật tạo đá quan trọng. Và chúng được tạo thành từ 8 nguyên tố phổ biết nhất trong lớp vỏ trái đất Tinh thể khoáng vật phát triển theo 2 chiều: Mica
5. Phân loại khoáng vật  Các nguyên tố tự sinh (native elements): Khoảng 20 nguyên tố tồn tại ở trạng thái các khoángvật tự sinh (không liên kết với các nguyên tố khác). Trong đó có khoảng 10 khoáng vật tự sinh có thể tích tụ tạo thành các mỏ có giá trị công nghiệp như Au, Ag,  Các khoáng vật nhóm oxit: Đây là nhóm lớn, trong đó nguyên tử oxi kết hợp với một hoặc nhiều nguyên tố kim loại. Liên quan đến nhóm này là các loại quặng của Fe, Mn, Sn, Cr, U,  Các khoáng vật nhóm sunfua: Nguyên tố lưu huỳnh kết hợp với một hoặc nhiều nguyên tố kim loại. Nhóm này thường tạo thành một số mỏ khoáng rất có giá trị kink tế của một số kim loại màu như Cu, Zn, Mo, Ag, Au, Co, Hg, Ni, 2-  Các khoáng vật nhóm sunfat: Là các khoáng vật có chứa nhóm gốc (SO4) (vd: thạck cao), thường được thành tạo do sự bốc hơi của nước biển hoặc các hồ muối. 3-  Các khoáng vật nhóm phốt phát: Có chứa nhóm gốc (PO4) (vd: apatit) 2-  Các khoáng vật nhóm cacbonat: Nhóm gốc (CO3) là cơ sở cho hai loại khoáng vật tạo đá phổ biến nhất thuộc nhóm này là calcite (CaCO3) và dolomite (CaMgCO3) 4-.  Các khoáng vật nhóm silicate: Nhóm gốc cơ bản của các khoáng vật silicat là (SiO4) Đây là nhóm khoáng vật phổ biến nhất và chiếm tới 90% trọng lượng vỏ trái đất. Và tồn tại dưới dạng các khoáng vật dạng chuỗi, tấm,
6. Các tính chất vật lý của khoáng vật  Độ cứng là khả năng của khoáng vật chống lại tác động của ngoại lực. Độ Khoáng Độ cứng cứng tương đối được phân loại theo thang độ cứng của Mohs. Các nhà địa vật chuẩn Mohs chất thường dùng mũi dao với độ cứng ~5 để thử độ cứng các khoáng vật. Talc 1 Độ cứng tuyệt đối được xác định cụ thể qua các thiết bị đo áp suất và mức Thạch cao 2 độ xuyên cắt vào bề mặt khoáng vật. Calcite 3  Màu khoáng vật: Một khoáng vật có thể có nhiều màu khác nhau do hàm Fluorite 4 lượng tạp chất lẫn trong đó. Màu quan sát trên bề mặt khoáng vật không Apatite 5 phải luôn luôn phản ánh đúng màu của khoáng vật so sự giao thoa và tán Orthoclase 6 sắc của ánh sáng trên bề mặt. Màu thật của khoáng vật (màu vết vạch – (Feldspar) màu bột) là màu quan sát được khi ta vạch khoáng vật đó lên bề mặt tấm Thạch anh 7 sứ. (vd. Pyrite nhìn có màu vàng rơm nhưng màu thật lại là màu đen) Topaz 8  Ánh: là đặc điểm ánh sáng phản xạ trên bề mặt khoáng vật. Theo cường Corundum 9 độ phản xa mà chia thành ánh kim, ánh thủy tinh, ánh nhựa và ánh đất. Kim cương 10  Hình thái tinh thể: Mỗi khoáng vật có một hình thái tinh thể đặc trưng khi kết tinh. Hình thái đó càng phát triển hoàn thiện khi tinh thể được kết tinh chậm chạp, nhiệt độ hạ thấp từ từ. Theo mức độ kết tinh hoàn chỉnh có thẻ chia thành các cấp: tự hình, bán tự hình và tha hình.
7. Các tính chất vật lý của khoáng vật  Tính cát khai: là xu hướng của khoáng vật bị tách vỡ theo các bề mặt nhất định mà ở đó có lực liên kết nguyên tử yếu. Thông thường mặt cát khai trùng với mặt tinh thể khoáng vật. Góc tạo bởi giữa các bề mặt tinh thể khoáng vật thường đặc trưng cho các nhóm khoáng vật khác nhau, có thể được nhận biết bằng mắt thường hoặc dưới kính hiển vi và là một trong những dấu hiệu đơn giản để nhận biết nhanh khoáng vật.  Từ tính: một số khoáng vật có chứa sắt thường bị nhiễm từ trường của trái đất trong quá trình kết tinh (vd. Magntite – Fe3O4). Trục từ của các tinh thể khoáng vật này thường được sử dụng để nghiên cứu sự đảo từ.  Tỷ trọng của khoáng vật: khối lượng/thể tích. Trọng lượng riêng của khoáng vật: tỷ trọng của khoáng vật/tỷ trọng của nước. Do tỷ trọng của nước bằng 1 nên trọng lượng riêng (không có đơn vị đo) = tỷ trọng (có đơn vị đo).  Căn cứ váo tỷ trọng khoáng vật được chia thành hai nhóm: khoáng vật nặng (>2.9 g/cm3) và khoáng vật nhẹ (<2.9 g/cm3).
8. ĐÁ  Đá là tập hợp tự nhiên của một hoặc nhiều khoáng vật tạo thành.  Đá tạo thành từ một khoáng vật gọi là đá đơn khoáng (đá vôi – calcite), đá tạo thành từ nhiều khoáng vật gọi là đá đa khoáng (granite: thạch anh, feldspar, mica, )  Theo nguồn gốc thành tạo, đá được chia thành ba nhóm: 1. đá magma, 2. đá trầm tích 3. đá biến chất Chu trình tạo đá:  Đá magma khi xuất lộ trên bề mặt trái đất bị phong hóa dưới tác dụng của thời tiết, các khối đá cứng bị phá hủy, hòa tan tạo thành dung dịch hoặc các mảnh vụn đá  Dung dịch và các mảnh vụn được nước, gió, băng hà vận chuyển, lắng đọng ở các địa hình thấp, chôn vùi, gắn kết tạo thành đá trầm tích  Đá trầm tích tiếp tục bị chôn vui, biến chất tạo thành đá biến chất. Khi nhiệt độ, áp suất tăng cao sẽ nóng chảy thành dung nham magma xuyên lên trên đông cứng tạo thành đá magma  Không chỉ có đá magma, các đá trầm tích và đá biến chất cũng xuất lộ, phong hóa và bóc mòn.  Đá magmaf và đá biến chất cũng bị biến chất khi có tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao
9. ĐÁ MAGMA  Đá magma: hình thành do sự đông cứng vật chất nóng chảy từ dưới sâu đưa lên. Đường đi của dung nham nóng chảy thường là các hệ thống đứt gãy, khe nứt, các mặt tách lớp, vvv  Nếu vật chất nóng chảy đông cứng bên dưới bề mặt trái đất sẽ tạo thành đá magma xâm nhập, nếu dung nham magma trào lên bề mặt trái đất sẽ tạo thành đá magma phun trào.
10. SỰ PHÂN DỊ VÀ PHÂN LOẠI ĐÁ MAGMA  Khi dung nham magma nguội lạnh, các phản ứng hóa học diễn ra tạo thành một loạt các khoáng vật khác nhau. Quá trình đó gọi là phân dị magma. Sự phân dị magma diễn ra theo hai nhánh:  Nhánh gián đoạn: Các khoáng vật theo nhánh này được hình thành ở các khoảng nhiệt độ riêng biệt và không thành tạo liên tiếp nhau khi nhiệt độ hạ thấp. Đặc trưng của khoáng vật nhánh gián đoạn là có làm lượng Fe, Mg cao, tạo lên các khoáng vật tối màu (xanh đen – đen). Trình tự kết tinh: Olivine => pyroxene => amphibole => biotite  Nhánh liên tục: tạo lên các khoáng vật nhóm plagioclase feldspar, tỉ lệ Ca/Na giảm liên tục khi nhiệt độ hạ thấp tạo lên các khoáng vật feldspar có màu sắc thay đổi từ màu hồng => tan => nâu => trắng
11. MÔ TẢ SƠ BỘ ĐÁ MAGMA CHÍNH ĐÁ MAGMA PHUN TRÀO ĐÁ MAGMA XÂM NHẬP Siêu mafic (siêu bazơ): là loại đá ít phổ biến, hoàn toàn chỉ có các khoáng vật giàu Fe, Mg mà không có các khoáng vật thạch anh, feldspar ( 50%, hoàm lượng Fe,Mg khá cao, phần Silic từ 25-50%; Đá có màu xanh đậm, xám, đen đá tối màu Andesite: có màu xanh xám nhạt hơn, giàu hàm lượng Diorite: silic 50 – 65%, đá có cả các khoáng vật giàu Fe, feldspar plagioclase hơn so với basalt. Mg và Si, màu sắc sáng dần khi chuyển dần về đá acid Rhryolite: là loại đá magma acid giàu silic nhất (>65%) Granite: đá có hàm lượng Silic =>65%, tinh thể khá tự và rất ít Fe, Mg làm cho đá có màu tan, hồng hoặc kem hình, màu sáng.
12. CẤU TẠO VÀ KIẾN TRÚC ĐÁ MAGMA  Kiến trúc: thể hiện trình độ kết tinh cuả tinh thể khoáng vật tạo đá.  Các đá magma phun trào được đông cứng khi nhiệt độ giảm nhanh thường có kiến trúc kết tinh hạt nhỏ, hoặc thủy tinh hoặc kiến trúc porphyr (gồm các ban tinh hạt to nổi trên nền là thủy tinh hoặc các tinh thể hạt nhỏ). Basalt cầu gối phun trào dưới đáy đại dươngt  Các đá magma xâm nhập có thời gian nguội lạnh từ từ và lâu dài nên có kiến trúc hạt to, tự hình hơn.  Cấu tạo: phản ánh đặc điểm phân bố không gian của các khoáng vật. Đá xâm nhập thường có cấu tạo khối, cấu tạo dyke mạch xuyên cắt vào các đá vây quanh trong khi các đá phun trào thường có cấu tạo dòn chảy, cấu tạo Cột đá basalt hình lăng trụ Đá magma granite xuyên cắt Hình thành khi kết tinh Vào đá vây quanh phân lớp, xuyên phủ lên các đá bên dưới.
13. ĐÁ TRẦM TÍCH  Các đá bị phong hóa, phá hủy dưới tác dụng của khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, gió, băng hà, ). Các vật liệu này sau đó được vận chuyển xuống các vùng địa hình thấp dưới tác dụng của trọng lực, nước trên mặt, nước dưới đất, băng hà, gió, lắng đọng, chôn vùi và gắn kết tạo thành đá trầm tích.  Đá trầm tích chỉ chiếm khoảng 5% trọng lượng vỏ trái đất nhưng bao phủ đến 75% diện tích bề mặt trái đất.  Rất nhiều đá trầm tích có giá trị kinh tế cao như dầu khí, than, các mỏ trầm tích của Au, Ti,  Đặc trưng cơ bản của đá trầm tích là có tính phân lớp.
14. Đáy = vách  Lớp đá: là đơn vị địa tầng nhỏ nhất có dạng Nóc = Vách tấm mà ở đó lớp đá được đặc trưng bởi thành phần, màu sắc, cấu tạo, riêng biệt.  Về mặt hình thái, lớp đá phát triển mạnh về chiều dài và chiều rộng, chiều dày kém phát Đáy = trụ triển hơn.  Các lớp đá được ngăn cách với nhau bởi mặt Đáy = trụ Thế nằm thuận Thế nằm đảo phân lớp. Mặt lớp đá thành tạo sớm nhất được gọi là đáy lớp, mặt thành tạo muộn nhất được gọi là nóc lớp.  Trong không gian, mặt lớp nằm dưới gọi là mặt trụ, mặt lớp nằm trên gọi là mặt vách. Trong điều kiện thường thì trụ ~đáy và vách ~ nóc nhưng khi thế nằm bị đảo lộn thì ngược lại. Hạt chuyển cấp Cấu tạo xiên chéo  Trong các lớp đá trầm tích thường có chứa các hóa thạch – đây là những dấu tích quan trọng để xác định tuổi và điều kiện thành tạo Khe nứt trên mặt đá bùn đá trầm tích  Trong nội bộ lớp đá thường có cấu tạo khối, dải, tấm, xiên chéo hoặc chuyển cấp hạt. Trên mặt lớp thường có các dấu vết hoạt động của sinh vật, các khe nứt khi đá co rút thể tích, Hóa thạch
15. Phân loại đá trầm tích  Đá trầm tích được chia thành ba phụ loại Đường kính chính: mảnh vụn Trầm tích Đá trầm tích (mm) 1. Đá trầm tích cơ học: được thành tạo từ Tảng các mảnh vụn phá hủy từ đá bị phong 256 hóa, trải qua quá trình lắng đọng và gắn Cuội kết (nếu mảnh vụn tròn kết lại với nhau. Mảnh vụn theo kích Cuội Cuội cạnh) Dăm kết nếu mảnh vụn sắc canh thước được chia thành sét, bột, cát, sạn, 64 sỏi, cuội, tảng. Khi gắn kết tạo đá được gọi Sỏi theo tên tương ứng là sét kết, tảng kết 2 2. Đá trầm tích hóa học: hình thành do sự Cát Cát kết lắng đọng, kết tủa trực tiếp từ các dung 1/16 dịch hòa tan. Vd: các loại muối, trầm tích Bột Bột kết cacbonate, 1/256 Bùn Đá bùn kết 3. Trầm tích sinh học: Hình thành từ các Sét kết Sét Hoặc đá phiến mảnh vụn tàn dư từ các cơ thể sinh vật sét khi chết được chôn vùi nhanh chóng.
16. ĐÁ BIẾN CHẤT  - Hình thành do sự biến đổi thành phần hóa học, thành phần khoáng vật, kiến trúc, cấu tạo của các đá có từ trước dưới tác dụng của nhiệt độ, áp suất cao và các dung dịch nhiệt dịch cùng các chất bốc trong lòng đất  Đặc trưng cơ bản của đá biến chất: Cấu tạo phân dải, phân phiến, cà nát, sừng hoặc khối, kiến trúc biến tinh, ẩn tinh, có hiện tượng tái kết tinh, PHÂN LOẠI ĐÁ BIẾN CHẤT:  Đá biến chất nhiệt động (khu vực): phân bố trên quy mô lớn, chịu tác Gơnai động của nhiệt độ và áp suất cao. Phổ biến cho nhóm này là các loại đá phiến, đá gơnai.  Đá biến chất nhiệt: hình thành ở những nơi có nhiệt độ cao (500 - 1200oC), áp suất lớn (3000 bar): đá sừng, đá hoa, đóa quaczit. Biến Chất Nhiệt Đá phiến
17. Vành biến chất tiếp xúc Scacnơ  Đá biến chất động lực: dưới tác động cuả áp suất cao, các đá bị dập vỡ và định hướng trong các đới dập vỡ kiến tạo. Theo mức độ dập vỡ cà nát và kích thước mảnh vụn, đá biến chất động lực được chia thành: dăm kết (hặt dăm >2 mm), kataclazit (mảnh vụn từ 1-2 mm), milonit (mảnh vụn <1-2 mm), blatomilonit (không nhận biết được khoáng vật nguyên thủy) và filonit (hạt rất min đi kèm vi uốn nếp)  Đá biến chất trao đổi: hình thành khi có phản ứng hóa học trao đổi thay thế thành phần giữa đá magma có thành phần axit, axit kiềm với các đá cacbonat. Điển hình cho nhóm đá này là các thành tạo scacnơ.
18. chất chất biến biến độ tướng trình tả tả mô mô đồ đồ Biểu Biểu Để mô tả mức độ và đặc điểm biến chất, người ta đưa ra khai khái niệm:  Trình độ (cường độ) biến chất: phản ánh cường độ biến chất dưới tác dụng của tác nhân quan trọng nhất là nhiệt độ và áp suất (chia thành biến chất trình độ thấp, trung bình, cao, siêu biến chất, )  Tướng biến chất: Tập hợp các đá biến chất nằm kề cận nhau và được thành tạo trong cùng một điều kiện hóa lý (T,P). Đá magma Đá trầm tích Đá biến chất - Nguồn gốc nội sinh: kết tinh dung - Nguồn gốc ngoại sinh, hình trong - Nguồn gốc nội sinh, liên quan đến nham magma nóng chảy ở nhiệt điều kiện nhiệt độ và áp suất các chuyển động kiến tạo hoặc độ cao. trên hoặc gần bề mặt trái đất. các hoạt động magma. - Có thể hình thành ở trên hoặc bên - Hình thành ở phần trên cùng bề - Có thể hình thành dưới sâu hoặc dưới bề mặt trái đất mặt trái đất. gàn bề mặt trái đất.