`
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
o0o Nguyễn Thị Mây ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG ĐỊA CHẤT HỌC 1
(TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN ĐẠI HỌC SƯ PHẠM) Thái Nguyên, tháng 5/2011

`

CẤU TẠO, CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ - HÓA HỌC
CỦA TRÁI ĐẤT
(Lý thuyết 02, thảo luận 01)
* Mục tiêu:
- Kiến thức: Nắm vững được cấu tạo của Trái Đất, các tính chất vật lý
cơ bản và thành phần hoá học của Trái Đất.
- Kỹ năng: Áp dụng tính chất từ tính trong việc xác định phương
hướng, sử dụng được địa bàn địa chất
- Thái độ: Sinh viên hiểu được những hiện tượng tự nhiên do cấu tạo
của Trái Đất mang lại. Biết cách ứng phó với các hiện tượng tự nhiên và bảo
vệ Trái Đất, hành tinh xanh duy nhất trong hệ Mặt Trời.
1.1. Cấu tạo và trạng thái vật chất bên trong Trái Đất
Bằng phương pháp gián tiếp đặc biệt là phương pháp địa chấn cho phép
các nhà khoa học giả thiết rằng Trái Đất được cấu tạo bởi ba quyển: vỏ, manti
và nhân. Các quyển này khác nhau về thành phần hay trạng thái vật chất.
1.1.1. Vỏ Trái Đất
Vỏ Trái Đất là phần cứng ngoài cùng của Trái Đất, ngăn cách với
quyển Manti bên dưới bằng mặt ranh giới Moho, có bề dày thay đổi 5 - 10 km
ở đại dương và 20 - 70 km ở lục địa. Vỏ Trái Đất được cấu tạo bởi các lớp có
thành phần khác nhau, được chia ra 2 kiểu vỏ: vỏ lục địa và vỏ đại dương.
- Vỏ lục địa: phân bố ở nền lục địa có một phần nằm dưới mực nước
biển. Bề dày trung bình 35 - 40km, ở miền núi cao có thể đạt tới 70km. Về
cấu tạo gồm: lớp trầm tích cổ, lớp granit và lớp bazan.
- Vỏ đại dương: phân bố ở nền đại dương, dưới tầng nước biển và đại
dương. Bề dày trung bình 5 - 10 km. Về cấu tạo gồm: lớp trầm tích trẻ và lớp
bazan.
Thành phần hoá học của vỏ Trái Đất có mặt hầu hết các nguyên tố
hoá học trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, trong đó chủ yếu là các
nguyên tố O
2

- Áp suất địng hướng sinh ra do các chuyển động kiến tạo của vỏ Trái
Đất. Chúng phân bố theo phương nằm ngang ở phần trên của vỏ Trái Đất và
giảm dần theo chiều sâu.
1.2.3. Trọng lực
Trọng lực là tổng hợp của hai lực: lực hút của Trái Đất và lực ly tâm
sinh ra do sự tự quay của Trái Đất (do lực ly tâm nhỏ chỉ ~ 0,34% nên hướng
của trọng lực vẫn là hướng tâm).
1.2.4. Nhiệt của Trái Đất
Nhiệt của Trái Đất gồm có nhiệt bên ngoài (do Mặt Trời cung cấp) và
nhiệt bên trong Trái Đất.
- Nhiệt bên ngoài: hàng ngày Mặt Trời bức xạ một lượng nhiệt rất lớn
về Trái Đất nhưng Trái Đất không hấp thụ hết mà chỉ hấp thụ một phần, còn
lại đa số bức xạ lên không trung. Lượng nhiệt mà mỗi điểm của mặt đất nhận
được từ Mặt Trời không những phụ thuộc vào sức nóng của Mặt Trời mà còn
phụ thuộc vào vĩ độ địa lí, độ cao địa hình, bề dày thảm thực vật, sự phân bố
lục địa, đại dương
Nhiệt Mặt Trời chỉ làm nóng Trái Đất đến một độ sâu nhất định và
xuống tới một độ sâu nào đó, nhiệt độ không còn phụ thuộc vào nhiệt Mặt
Trời thì tầng đó gọi là tầng thường ôn. Nhiệt độ của tầng thường ôn bằng
nhiệt độ trung bình năm trên mặt đất, tầng này nằm ở những độ sâu khác
nhau tùy theo miền và tùy theo tính dẫn nhiệt của đất đá nằm trên, trung
bình ở độ sâu từ 2 - 40m.
- Nhiệt bên trong: là do hoạt động của các phản ứng hóa học tỏa nhiệt,
sự phân hủy các nguyên tố phóng xạ hay nhiệt toả ra từ các lò magma trong
vỏ Trái Đất. Bên dưới tầng thường ôn, càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng
dần, song không đều vì còn phụ thuộc vào điều kiện địa chất và môi trường
địa lý. Ví dụ: mỏ đồng luôn nóng hơn mỏ than, gần núi lửa hoạt động thì
nhiệt độ tăng cao.
+ Cấp địa nhiệt: Là khoảng độ sâu tính bằng mét để nhiệt độ tăng lên
1

ngang.Tại các điểm xung quanh đường xích đạo độ từ khuynh bằng 0, đi về 2
cực độ từ khuynh tăng dần tới 90
0
(ở cực bắc kim địa bàn thẳng đứng, đầu
kim bắc chỉ xuống dưới). Đường nối những điểm có độ từ khuynh = 0 gọi là
đường xích đạo từ. Đường nối những điểm có cùng trị số độ từ khuynh gọi là
đường đẳng khuynh.
+ Cường độ từ trường được biểu thị bằng đơn vị ơxtét hoặc gamma.
Theo
các nhà nghiên cứu thì trong khoảng 2000 năm trở lại đây cường độ từ trường
giảm 2 lần. Trong thực tế, trị số cường độ từ trường tại các điểm trên bề mặt
Trái Đất thường lệch với trị số tính toán - gọi là dị thường từ.
1.3. Thành phần hóa học của Trái Đất
- Các nguyên tố hóa học của Trái Đất phân bố rất không đều nhau, có
những nguyên tố chiếm tỉ lệ lớn song có những nguyên tố chiếm một tỉ lệ rất
nhỏ.
- Có 8 nguyên tố chính : O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg = 97,24%
- Các nguyên tố khác = 2,76%
Trong số nhiều nhà khoa học thì Clac, nhà khoa học Mỹ năm 1889 đã
công bố kết quả sau nhiều năm phân tích thống kê, tìm ra tỉ lệ % trọng lượng
các nguyên tố. Số liệu công bố của ông đã gây lên sự chú ý mạnh mẽ trong
giới khoa học. Để ghi nhớ công lao của của ông người ta gọi các trị số đó là
trị số C.lac.
* Tài liệu học tập:
1. Trần Anh Châu, (1992), Địa chất đại cương, Nxb giáo dục Hà Nội.
2. Phùng Ngọc Đĩnh - Lương Hồng Hược, (2004), Địa chất đại cương, Nxb
Đại học Sư Phạm Hà Nội.
3. Võ Năng Lạc, (1998), Địa chất đại cương, Nxb Giao thông vận tải Hà Nội.
* Câu hỏi thảo luận:
1. Khi học từng quyển cấu tạo Trái Đất theo anh (chị) cần lưu ý những điều gì

Chương 2
ĐẠI CƯƠNG VỀ KHOÁNG VẬT VÀ ĐÁ
(Lý thuyết 08, thực hành 06)
* Mục tiêu:
- Kiến thức:
Nắm vững các khái niệm cơ bản, tính đối xứng, các tính chất vật lý và
cách phân loại của khoáng vật. Định nghĩa, cách phân loại của đá magma,
trầm tích và biến chất.
- Kĩ năng: Phân biệt được một số khoáng vật phổ biến trong tự nhiên và
nhận biết ở ngoài thực tế các loại đá thông dụng.
- Thái độ: Sinh viên cần hiểu được tầm quan trọng của khoáng vật và đá
đồng thời có ý thức bảo vệ vì đó chính là các tài nguyên, khoáng sản của mỗi
quốc gia.
2.1. Khoáng vật
2.1.1. Những khái niệm cơ bản về khoáng vật
2.1.1.1. Định nghĩa
Khoáng vật là những nguyên tố hóa học tự nhiên hoặc hợp chất hóa học
trong thiên nhiên, hình thành do các quá trình lý hóa học hoặc sinh hóa học
khác nhau trong vỏ Trái Đất hoặc trên bề mặt Trái Đất.
2.1.1.2. Hình thái và cấu trúc
Khoáng vật có dạng kết tinh, dạng vô định hình và dạng keo.
- Dạng kết tinh: Là khoáng vật hình thành do sự kết tinh các nguyên tố
hóa học thành những tinh thể và gắn kết lại với nhau .
- Dạng vô định hình: Là các khoáng vật mà các nguyên tử, ion hay
phân tử sắp xếp một cách hỗn độn không theo một qui luật nào như ô mạng
tinh thể của thủy tinh, dầu mỏ
- Dạng keo: Là khoáng vật ở trạng thái keo hoặc từ chất keo kết tinh

Bằng phương pháp tổ hợp các yếu tố đối xứng của tất cả các tinh thể
khoáng vật trong thiên nhiên, các nhà tinh thể học rút ra được bảy nhóm lớn
hay bảy tinh hệ với các yếu tố đối xứng sau.
+ Tinh hệ lập phương: 3L
4 ,
4L
3.
6L
2
9P C
+ Tinh hệ lục phương: L
6
6L
2
7P C
+ Tinh hệ tứ phương: L
4
4L
2
5P C
+ Tinh hệ tam phương: L
3
3L
2
3P C
+ Tinh hệ trực thoi: 3L
2
3P C
+ Tinh hệ một nghiêng: L
2

)
3
(F.Cl)
Độ cứng 6: Octocla, công thức hóa học: K(AlSi
3
O
8
)
Độ cứng 7: Thạch anh, công thức hóa học: SiO
2

Độ cứng 8: Topa, công thức hóa học: Al
2
(SiO
4
)(OH)
2

Độ cứng 9: Corindon, công thức hóa học: Al
2
O
3

Độ cứng 10: Kim cương, công thức hóa học: C
- Tỉ trọng
Khoáng vật trong thiên nhiên có tỉ trọng từ 0,8 - 21. Thông thường, tỉ
trọng của khoáng vật được xác định là tỉ trọng tương đối - nghĩa là tỉ trọng so
sánh giữa hai hoặc nhiều khoáng vật với nhau. Tỉ trọng tương đối được chia
thành 3 nhóm:
- Tỉ trọng nhẹ có chỉ số từ 1 đến 2.

cũng có
nhiều khoáng vật có màu vết vạch khác với màu khoáng vật. Màu vết vạch là
dấu hiệu tốt để xác định khoáng vật.
- Ánh
Ánh là khả năng phản xạ ánh sáng của khoáng vật. Có hai loại ánh là:
+ Ánh kim loại: Các khoáng vật chứa kim loại
+ Ánh phi kim: Trong ánh phi kim chia ra: ánh thủy tinh, ánh kim
cương, xà cừ, tơ, mỡ
- Từ tính
Một số khoáng vật có từ tính như sắt, bạch kim. Một số có từ tính yếu
như pirotin và một số lại có tính phản từ (bị nam châm đẩy) như bismut tự
nhiên.
Ngoài các tính chất nêu trên, một số khoáng vật còn có tính chất khác
như tính phóng xạ, tính dẫn nhiệt, dẫn điện tính chất vật lí nêu trên được
dùng để xác định khoáng vật, ngoài ra người ta còn dùng một số tính chất hóa
học như mùi, vị, phản ứng với axit
2.1.4. Phân loại khoáng vật
Có nhiều cách phân loại tùy theo quan điểm khác nhau, có thể phân loại
theo nguồn gốc phát sinh, theo công dụng thực tiễn, theo thành phần hóa
học
Phân loại theo thành phần hóa học được sử dụng nhiều nhất, theo cách
phân loại này khoáng vật được chia ra làm 8 lớp:
- Lớp các nguyên tố tự nhiên: Là các khoáng vật chỉ gồm một nguyên
tố hóa học. Đặc điểm là có màu sắc cố định, rất bền vững trong thiên nhiên
như các khoáng vật vàng, bạc, platin, kim cương, graphit.
- Lớp Sunfua: Là hợp chất của kim loại hoặc á kim với lưu huỳnh.
Chúng thường là khoáng vật quặng có giá trị công nghiệp về kim loại màu và
kim loại hiếm như pirit (FeS
2
), chancopirit (CuFeS

2-
.
Được chia ra 2 phụ lớp: khan nước như canxit, azurit (CuCO
3
) và ngậm nước
như malachit (CuCO
3
. nH
2
O).
- Lớp sunfat: Là hợp chất của các kim loại hoặc á kim với [SO]
2-
.
Được
chia ra làm 2 phụ lớp: khan nước như barit (BaSO
4
), anhydrit (CaSO
4
) và
phụ lớp ngậm nước như thạch cao (CaSO
4
. nH
2
O).
- Lớp phốt phát: Là hợp chất của kim loại hoặc á kim với [PO
4
]
2
. Thí
dụ: apatít Ca

2.2.1.1. Khái niệm
Đá là tập hợp có quy luật của một hay nhiều khoáng vật và là bộ phận
chủ yếu cấu tạo nên vỏ Trái Đất.
Khi nghiên cứu về đá cần phải xét tới kiến trúc, cấu tạo và thế nằm của
nó vì chúng phản ánh điều kiện thành tạo của đá.
2.2.1.2. Phân loại
Có nhiều cách phân loại: phân loại theo thành phần hóa học, nguồn gốc
phát sinh, thành phần các oxit Một trong cách phân loại ưu điểm là cách
phân loại theo nguồn gốc, theo cách phân loại này tất cả mọi đá tạo nên vỏ
Trái Đất được chia ra làm 3 loại: đá magma, trầm tích và biến chất.
2.2.2. Đá magma
2.2.2.1. Khái niệm và phân loại
- Khái niệm: Đá magma là loại đá được thành tạo do quá trình ngưng
kết
của các silicat nóng chảy gọi là magma xảy ra trong lòng hoặc ở trên bề mặt
Trái Đất.
- Phân loại magma: có hai cách phân loại:
* Phân loại theo độ sâu thành tạo:
+ Đá magma xâm nhập: là các đá magma được thành tạo do dung nham
magma xâm nhập vào vỏ Trái Đất rồi ngưng kết lại.
+ Đá magma phun trào: là các đá được thành tạo do magma phun lên
mặt đất rồi mới ngưng kết lại.
* Phân loại theo thành phần hóa học:
Dựa vào hàm lượng SiO
2
chia ra:
+ Nhóm đá siêu axit khi hàm lượng SiO
2
> 75%
+ Nhóm đá axit khi hàm lượng SiO

- Cấu tạo của đá phun trào:
+ Cấu tạo xốp: là cấu tạo mà trong đá có những lỗ để lại do các chất khí
thoát ra khi dung thể magma ngưng kết.
+ Cấu tạo bọt: là một loại của cấu tạo xốp, thường được thành tạo ở
phần rìa của dòng dung nham phun trào.
+ Cấu tạo dòng chảy: là cấu tạo mà đá còn giữ được dấu vết dòng chảy
của dung nham.
2.2.2.4. Dạng nằm của đá magma (thế nằm)
- Dạng nằm của đá magma xâm nhập:
+ Thể vỉa: hình thành do magma có áp lực xuyên vào khoảng giữa hai
lớp đá, tách các lớp ra và lấp đầy khoảng không gian đã được dọn nên.
+ Thể nằm: có hình dạng giống như bánh dầy hoặc 1 cái nấm, nằm kẹp
giữa hai lớp đá trầm tích. Lộ ra trên mặt thường có dạng gần tròn hoặc bầu
dục ở
trung tâm.
+ Thể chậu: là thể xâm nhập giữa các vỉa, có hình dạng cái chậu, hình
thành do sự sụt lún của đá chứa dưới sức nặng của magma xâm nhập.
+ Thể yên: là thể xâm nhập tương đối không lớn hình thành ở phần
vòm của nếp uốn, đồng thời với sự thành tạo nếp uốn.
Tất cả các thể trên đều là các thể khớp đều nằm giữa các đá trầm tích.
+ Thể tường: do magma xuyên lên lấp đầy các khe nứt cắt qua các lớp
đá
của vỏ Trái Đất với hai mặt gần song song, dốc đứng kéo dài tựa như bức
tường.
+ Thể cổ (họng núi lửa): là một phần của núi lửa cổ kiểu trung tâm, nó
được lấp đầy magma đã ngưng kết đôi khi chứa đầy vụn núi lửa.
+ Thể nền (batôlit): lấy tên từ tiếng Hy Lạp “batos” có nghĩa là độ sâu.
Có
kích thước rất lớn rộng, dài tới hàng chục hàng trăm km. Đường ranh giới lộ
ra trên bề mặt đất không đều đặn ở dưới phình to và có sườn dốc đứng.

* Đá vụn không gắn kết:
* Đá vụn gắn kết: Thực chất là đá vụn không gắn kết được gắn kết lại
bởi xi măng. Gọi tên theo tên đá vụn không gắn kết nhưng thêm đuôi kết vào
phía sau, ví dụ: dăm kết, cuội kết, sạn kết, sỏi kết, cát kết, bột kết, sét kết.
+ Đá trầm tích hữu cơ: Là đá trầm tích mà toàn bộ hay một phần là
sản phẩm của sinh vật.
* Đá vôi: thành phần khoáng vật chủ yếu là canxit, có thể lẫn đolomit,
sét, thạch anh, than Màu sắc không cố định có thể trắng, xám, nâu đỏ hoặc
đen. Độ cứng trung bình dao rạch được, dễ sủi bọt với HCl. Bề ngoài là loại
đá đặc xít, hạt mịn.
Nguồn gốc: được thành tạo từ trầm tích vỏ vôi của một số động vật
biển hoặc từ các ám tiêu san hô. Tùy theo di tích của động vật biển tạo nên
mà đá có
tên tương ứng: đá vôi fusulin, nummulites, đá vôi vỏ sò, đá vôi san hô
* Than đá: Than đá được thành tạo là do các di tích thực vật bị chôn vùi
dưới đất rồi bị tác dụng lên men mà thành trong điều kiện không có oxy.
+ Đá trầm tích hóa học: là đá được thành tạo nhờ con đường hóa học
như kết tủa từ dung dịch thật và dung dịch keo.
* Tuf vôi: được thành tạo do sự kết tủa của dung dịch giàu cacbonat.
Thành phần khoáng vật là canxit, đá có kiến trúc toàn tinh, cấu tạo khối, màu
trắng hơi vàng sủi bọt mạnh với HCl loãng, độ gắn kết yếu.
Hay gặp ở các cửa hiện các suối giàu cacbonatcanxi hòa tan và tách ra
từ nước trong các hang động tạo nên các chuông đá, măng đá, cột đá
* Đolomit, boxit
+ Đá trầm tích hỗn hợp: là sản phẩm tích tụ hỗn hợp của hai hoặc ba
loại có nguồn gốc trên :
* Đá vôi trứng cá, đá vôi hạt đậu
* Sét vôi
2.2.4. Đá biến chất
2.2.4.1. Khái niệm về đá biến chất

2. Phùng Ngọc Đĩnh - Lương Hồng Hược, (2004), Địa chất đại cương, Nxb
Đại học Sư Phạm Hà Nội.
3. Võ Năng Lạc, (1998), Địa chất đại cương, Nxb Giao thông vận tải Hà
Nội.
4. Huỳnh Thị Minh Hằng, (2001), Địa chất cơ sở, Nxb ĐHQG TP Hồ Chí
Minh.
* Câu hỏi:
1. Khoáng vật là gì ? Hãy giải thích hiện tượng đa hình, đồng hình và giả hình
của khoáng vật.
2. Người ta nghiên cứu các tính chất vật lý của khoáng vật để làm gì ?
3. Có bao nhiêu lớp khoáng vật? lớp khoáng vật nào là phổ biến nhất ?
4. Đá và khoáng vật khác nhau như thế nào ? Những đặc điểm gì giúp ta phân
biệt được khoáng vật với đá ngoài thực địa ?
5. Các kiểu kiến trúc của đá magma và nguyên nhân hình thành chúng ?
6. Hãy giải thích rõ tại sao các đá trầm tích là những tài liệu quý trong việc
nghiên cứu các điều kiện cổ địa lý tự nhiên.
* Tự học :
1. Lập một bộ sưu tập nhỏ các khoáng vật có ở địa phương của anh (chị).
2. Tự làm mô hình xác định các yếu tố đối xứng của tinh hệ lập phương.
3. Lập một bộ sưu tập nhỏ các đá có ở địa phương của anh (chị).
* Thực hành
1. Nhận biết các mẫu khoáng vật và đá có trong phòng thực hành
2. Nhận biết các mẫu khoáng vật và đá do giáo viên, các sinh viên sưu tầm ở
bên ngoài
3. Kiểm tra nhận biết mẫu khoáng vật và đá
* Trang thiết bị dạy học:
Máy tính, máy chiếu, phòng thực hành trang bị mẫu khoáng vật và mẫu đá,
kính lúp soi kiến trúc và cấu tạo của đá.
3.1.1. Các quá trình địa chất của magma
3.1.1.1 Khái niệm về magma
Magma là những thể vật chất nóng chảy trong tự nhiên, có thành phần
chủ yếu là các hợp chất silicat nhiệt độ cao, áp suất rất lớn khiến cho các chất
bốc (hơi nước, F, Cl, CO
2
, H
2
S, SO
2
) được giữ lại và hòa tan trong magma.
- Trạng thái của magma là trạng thái lỏng có độ linh động khác nhau
tùy thuộc vào thành phần, nhiệt độ và áp suất.
- Độ linh động ảnh hưởng tới sự di chuyển của magma. Độ linh động
thấp khó di chuyển, cao thì dễ di chuyển.
- Thành phần của magma gồm: SiO
2
, Al
2
O
3
, FeO, Fe
2
O
3
, MgO, CaO,
K
2
O, Na
2

thành nước nóng, tác dụng với vật chất còn lại hoặc với các khoáng vật hình
thành trước tạo thành khoáng vật mới.
- Quá trình xâm nhập, biến chất và phun trào
Khi xâm nhập vào lớp vỏ Trái Đất, do có nhiệt độ cao và áp suất lớn do
vậy gây biến chất đồng thời xô ép làm thay đổi thế nằm ban đầu hoặc làm nứt
vỡ các đá xung quanh.
Ở những nơi vỏ Trái Đất xung yếu, magma với áp lực lớn sẽ phá vỡ
tầng đá trên cùng rồi phun ra ngoài mặt đất gọi là quá trình phun trào magma
(núi lửa).
3.1.2. Núi lửa
3.1.2.1. Khái niệm về núi lửa
Núi lửa là kiểu kiến trúc có lối thoát mà từ đó theo từng thời gian
nhất
định lại có các sản phẩm của núi lửa được đưa lên.
- Tùy theo hình dạng của lỗ phun mà chia ra:
* Núi lửa trung tâm: có dạng hình chóp cụt, nơi các sản phẩm thoát
ra ngoài tạo ra một cái miệng hình phễu gọi là miệng núi lửa, miệng nối với
ống dẫn magma từ dưới lên gọi là họng núi lửa.
* Núi lửa khe nứt: có miệng kéo dài trùng với khe nứt kiến tạo.
- Dựa vào thời gian hoạt động phân biệt:
* Núi lửa đã tắt: trong lịch sử, truyền thuyết không nhắc tới.
* Núi lửa hoạt động: phun liên tục hoặc phun theo chu kì.
3.1.2.2. Qúa trình hoạt động của núi lửa
Hoạt động của núi lửa thường được biểu hiện qua các dấu hiệu báo
trước. Ban đầu núi lửa phun ra khói trắng, tiếp theo là xuất hiện những tiếng ì
ầm ngày càng to dần, các suối trong vùng bị khô cạn hoặc xuất hiện nước
nóng, nhiệt độ trong vùng tăng lên, xuất hiện khe nứt mới, biến đổi từ
trường Cuối cùng là tiếng nổ khủng khiếp và một cột khí bốc lên cao hàng
km rồi tỏa ra xung quanh tựa như một cây nấm khổng lồ. Sau cùng là magma
nóng chảy được gọi là lava phun ra.