nhieu.dcct@gmail.com TỐNG DUY THANH (chủ biên) VŨ XUÂN Độ - TRỊNH HÂN - LÊ VĂN MẠNH TẠ■ HOÀ PHƯƠNG - TẠ» TRỌNG THANG - NGUYỄN VĂN VINH * GIÁO TRÌNH ĐỊA CHẤT C SỞ (ỉn lần thứ ba) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI nhieu.dcct@gmail.com LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Đ ỉa ch ất sở biên soạn nhằm phục vụ cho việc dạy học nhập môn Địa chất học Đại học Quốc gia Hà Nội, đồng thòi giáo trình cung cấp kiến thức địa chất phục vụ cho việc dạy học môn Khoa học Trái Đất, Địa chất Đại cương ỏ bậc Đại học Trong Địa chất học từ thập kỷ cuối th ế kỷ 20 có tiến có tính chất cách m ạng khẳng định, trước hết thành tựu nghiên cứu cấu trúc hoạt động m ảng thạch Sự đời học thuyết kiến tạo mảng hay gọi kiến tạo tồn cầu có tác động cải cách nhiều nội dung Địa chất học Khoa học Trái Đ ất nói chung Trong q trình biên soạn giáo trình này, tác giả m ặt ý nội dung kinh điển Địa chất học, m ặt khác coi trọng việc cập n h ậ t kiến thức thừa nhận rộng rãi, trước hết nội dung kiến tạo mảng vấn để liên quan Trong giáo trìn h số nội dung để đọc thêm in dạng chữ nhỏ Hiện chưa có thơng n h ất viết thuật ngữ có nguồn gổc tiếng nước ngồi, có nhiều cách viết khác Trong chò đợi thống n h ất chung, tham khảo cách viết “Tự điển Tiếng Việt” Viện Ngôn ngữ biên soạn xuất lần thứ sáu (Hà Nội - Đà Nẵng 1998) cách viết quen thuộc ấn phẩm địa chất Nói chung, sách th u ậ t ngữ nguồn gốc tiếng nước viết dựa theo chữ gốc chúng latin hố, đơi phụ âm lược bớt để dễ ghép vần không xa lệch với cách viết chữ gốc Bản thảo sách chuẩn bị theo đề cương biên tập chủ biên, tác giả chương mục ghi mục lục sách Các Giáo sư Tơ Linh, TrầP Nghi, Phó Giáo sư Nguyễn Ngọc Trường, Đỗ Thị Vân Thanh đọc góp nhiều ý kiên cho việc hoàn thiện thảo giáo trình Tiến sĩ Nguyễn Văn Vượng góp phần hồn thiện chương mục cấu trúc địa chất kiến tạo, đồng thời thực hình vẽ minh hoạ giáo trình với cộng tác kỹ sư Nguyễn Đình Nguyên Các tác giả chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu nói bạn bè đồng nghiệp.' Tập thể tác giả mong nhận góp ý đồng nghiệp nội dung hình thức trìn h bày sách xin chân thành cảm ơn góp ý quý báu đê chúng tơi tiếp tục hồn thiện thêm sách Thay m ặt tập thể tác giả G iáo sư T ố n g D uy T h a n h nhieu.dcct@gmail.com MỤC LỤC Trang Lòi nói đầu " Mục lục Chương Tổng quan Trái Đ ất (Tống Duy Thanh) 13 1.1 Trái Đ ất - đôi tượng nghiên cứu nhiều khoa học 13 1.1.1 Trái Đất, nơi sinh sống loài người 13 1.1.2 Con người nghiên cứu Trái Đ ất 14 1.1.3.*Phương pháp nghiên cứu 18 1.2 Trái Đ ất hệ M ặt Trời 19 1.2.1 Cấu trúc hệ M ặt Tròi 19 1.2.2 Một sơ" nét thiên th ể hệ M ặt Tròi 19 1.2.3 Hình dạng, kích thước, tỷ trọng Trái Đất 23 1.3 Tính chất lý hố Trái Đất 24 1.3.1 Trọng lực 24 1.3.2 Nhiệt Trái Đ ất 24 1.3.3 Địa từ 25 1.3.4 T hành phần hoá học Trái Đ ất 25 1.4 Cấu trúc Trái Đất 27 1.4.1 Cấu trúc bề m ặt Trái Đ ất 27 1.4.2 Cấu trúc bên Trái Đất 32 1.5 Nguồn gốc tuổi Trái Đ ất 36 1.5.1 Nguồn gốc lịch sử ban đầu vũ trụ 36 1.5.2 Sự thay đổi th àn h phần vũ trụ 38 1.5.3 Nguồn gốc lịch sử hệ M ặt Tròi 38 1.5.4 Nguồn gốc phân dị Trái Đ ất khởi thuỷ 46 Chương K hoáng vật (Trịnh Hân) 49 2.1 Khoáng vật ý nghĩa chúng 49 2.1.1 Định nghĩa khoáng vật 49 2.1.2 Khoa học khống vật 49 2.1.3 Khống vật học đòi sổng 50 2.2 Khái niệm tinh thể học nhieu.dcct@gmail.com 51 ‘2.2.1, Hình đơn 51 2.2.2 mạng, mạng tinh thể hệ tinh thể 52 Đ ọc thêm 55 2.2.3 Các dạng licn kết tinh thể 55 2.2.4 Bán kính nguyên tử ion 58 2.2.5 Các quy tắc thực nghiệm Pauling 58 2.3 Phân loại khoáng vật 59 2.3.1 Klioáng vật cấu trúc vỏ Trái Đâ't 59 2.3.2 Dấu hiệu nhận biết khoáng vật 60 2.3.3 Hệ thống phân loại khống vật 64 2.4 Mơ tả khoáng vật chu yếu 65 2.4.1 Lớp nguyên tổ" tự sin h 65 2.4.2 Lớp su lfu r 66 2.4.3 Lớp h alo g en u r 67 2.4.4 Lớp oxyt h v d ro x j't 67 2.4.5 Lớp silicat alu m o silicat 69 2.4.6 Lớp c a rb o n a t 74 2.4.7 Lớp s u líầ t 75 2.4.8 Lóp p h o sp h at, a s e n a t v a n a d a t 75 Đ ọc thêm 76 2.5 Một số’tập tính hỗn hợp khoáng vật theo biến thiên nhiệt độ 76 2.5.1 Quy tắc pha Gibbs 76 2.5.2 Một sô" tập tính hỗn hợp khống vật theo biên thiên nhiệl độ 78 2.6 Liệt phản ứng Bowen 82 2.6.1 Loạt phần ứng gián đoạn khống vật nhóm femic 83 2.6.2 Loạt phản ứng liên tục alumo-silicat (nhóm salic) 84 2.6.3 Tóm tắ t 85 C hương C ác lo ại đ (Trịnh Hân) 86 3.1 Đá khoa học nghicn cứu đá 86 3.1.1 Định nghĩa 86 3.1.2 Thạch học - khoa học nghiên cứu dá 86 nhieu.dcct@gmail.com 3.2 Đá magma 87 3.2.1 Định nghĩa magma đá magma 87 3.2.2 Kiến trúc đá magma 88 3.2.3 Thành phần khoáng vật đá magma 90 3.2.4 Phân loại mô tả loại dá magma chủ yếu 90 Đ o c th ê m 94 Phân bô" đá magma ỏ Việt Nam 3.3 Đá trầm tích 3.3.1.*Kiến trúc, cấu tạo đá trầm tích Các loại ximãng 3.3.2 Nhóm đá vụn phân loại, mơ tả loạiđá 96 96 101 3.3.3 Nhóm đá hữu Sự thành tạo chúng 102 3.3.4 Nhóm đá trầm tích hóa học thành tạo chúng 1.07 3.3.5 Quá trìn h thành tạo đá trầm tích 110 3.4 Đá biến chất 113 3.4.1 Những khái niệm chung 113 3.4.2 Kiến trúc, cấu tạo, tướng đá biến chất Cách gọi tên đá 114 3.4.3 Phân loại mô tả đá biến chất chủ yếu 117 C hư n g Cơ sở đ ịa c h ấ t c ấ u tạ o (Lê Văn Mạnh) 121 4.1 Lốp, tính phân lớp cấu trúc m ặt phân lớp 121 4.1.1 Lớp tính phân lớp 121 4.1.2 Cấu trúc m ặt phân lốp 123 4.1.3 Thế nằm nguyên sinh th ế nằm biến dạng lóp • 123 Chỉnh hợp bất chỉnh hợp 124 4.2.1 Bất chỉnh hợp địa tầng 124 4.2.2 Bất chỉnh hợp địa lý 125 Dạng nằm lốp 125 4.3.1 Dạng nằm ngang 125 4.3.2 Dạng nằm nghiêng yếu tô" th ế nằm 125 4.3.3 Sử dụng địa bàn địa chất 126 4.3.4 Dạng nằm uốn nêp 127 4.3.5 Phân loại nếp uốn 129 4.3.6 Phức nếp lồi phức nếp lõm 131 4.4 Đứt gãv yếu tô" đứt gãy 131 nhieu.dcct@gmail.com 4.4.1 Đứt gãy 131 4.4.2 Lớp phủ kiến tạo (dịa di) 135 4.4.3 Đứt gãy sâu 134 Bản đồ địa chất 136 5.1 Các loại đồ địa chất 136 5.2 Các dấu hiệu quy ước đồ địa chất 137 5.3 Cột địa tầng, m ặt cắt địa chất 138 C hư ng Đ ịa tầ n g v lịch sử vỏ T rá i Đ ất (Tống Duy Thanh) 140 5.1 Định nghla vai trò Địa tầng học 140 5.1.1 Định nghĩa, đối tượng nhiệm vụ Địa tầng học 5.1.2 Vai trò Địa tầng học 5.2 Tuổi địa châ't phương pháp xác định 140 140 141 5.2.1 Phương pháp xác định tuểi tuyệt đối 141 5.2.2 Phương pháp xác định tuổi tương đối 144 5.3 Cơ sở Địa tầng học 144 ' 5.3.1 Nguyên lý Địa tầng học Địa chất lịch sử 145 5.3.2 Các phương pháp Địa tầng học 145 Õ.3.3 Phân chia địa tầng 145 a Phân vị địa tầng 146 b Các phân vị thạch địa tầng 146 c Các phân vị sinh địa tầng 148 d Các đơn vị thòi địa tầng thời gian địa chất 5.4 Những mốc: lớn lịch sử địa chất 148 lõ l 5.4.1 Arkei chứng liệu lịch sử 151 5.4.2 Proterozoi hình thành lục địa 152 5.4.3 Paleozoi —nguyên đại sinh giới cổ hai vận động tạo núi lớn 153 5.4.4 Mesozoi - nguyên đại tách dãn lục địa bò sát khổng lồ 156 5.4.5 Kainozoi - hoàn thành tạo núi Alpi phát Iriển động vật có vú 159 Bảng Thời địa tầng địa niên biểu 153 - 164 Chương Các trình địa chất nội sinh (Lê Văn Mạnh, Tạ Trọng Thắng) 6.1 Hoạt động magma (Lê Văn Mạnh) 6.1.1 Khái quát hoạt động magma nhieu.dcct@gmail.com 165 165 a- Khái niệm magma 165 b- N hiệt độ magma 166 c- Độ nhớt magma 167 d- Các nguyên tô" chất bốc magma 167 e- Sự nguội lạnh raagma 167 f- Sự phân dị magma 168 6.1.2 Hoạt động magma xâm nhập 169 a Khái niệm chung b Dạng nằm đá 169 xâm nhập 170 6.1.3 Hoạt động núi lửa 173 a Cấu trúc hình dạng núi lửa 173 b Các đạng kiểu hoạt động núi lỏa 175 c Sản phẩm hoạt động núi lửa 180 d V ật liệu vụn núi lửa 181 e Khí núi lửa 183 f 184 Phân bô" núi lửa Trái Đ ất 6.1.4 Dạng nằm đá phun trào 186 6.2 Động đất (Tạ Trọng Thắng) 188 6.2.1 Khái quất dộng đất nguyên nhân động đất 188 6.2.2 Cơ chế động đất 189 a Chấn tiêu chấn tâm b Cấp động đất, cưòng độ hậu động đất c 189 Sóng động đất, chế lan truyền, ghi chép động đất 189 193 6.2.3 Phân bố’động đất th ế giói 196 6.2.4 Ý nghĩa thực tiễn việc nghiên cứu động đất 196 Chương Các trìn h địa ch ất ngoại sinh ('Hoạt động địa chát (•úa khí sinh quyển) (Tạ Hồ Phương) 7.1 Hoạt dộng địa chất khí gg 199 7.1.1 Thành phần cấu trúc phân tầng khí 199 7.1.2 Sự chuyển động khơng khí 201 7.1.3 Hoạt động địa chất gió 202 7.2 Hoạt động địa chất sinh 205 7.2.1 Khái quát sinh nhieu.dcct@gmail.com 205 7.2.2 Phân bô"của sinh vật Trái Đ ất 7.2.3 Vai trò sinh vật biến đổi vật chất 206 Trái Đ ất Chương Các q u tr ìn h đ ịa ch ất ngoại sinh (Hoạtđộng địa chất thuỷ tác động phong hố) (Tạ Hồ Phương, Nguyễn Văn Vinh); 209 2^4 8.1 Thành phần phân bơ" thuỷ (Tạ Hồ Phương) 214 8.2 Hoạt động địa chất nước lục địa (Tạ Hồ Phương) 215 8.2.1 Hoạt động xói mòn vận chuyển 215 8.2.2 Sự hình thành hoạt động địa chất mương xói 215 8.2.3 Mạng sơng suối 217 a Các thòi kỳ phát triển sơng 218 b Chu kỳ xói mòn, hình thành thềm sông 220 c Miền cửa sông 221 8.3 Hoạt động địa chất nước đất (Nguyễn Văn Vinh) 223 8.3.1 Tính thấm nước đá nước đất 223 8.3.2 Trạng thái nước đá 223 8.3.3 Nguồn gốc nước đất 225 8.3.4 Phân loại nước đất 227 8.3.5 Thành phần hoá học nước dưổi đất 230 8.3.6 K arst (Carxtơ) 232 8.3.7 Trượt đất 235 8.4 Hoạt động địa chất hồ đầm lầy (Nguyễn Văn Vinh) 236 8.4.1 Hồ đặc điểm hồ 236 8.4.2.Hoạt động địa chất hồ 237 8.4.3 238 Đầm lầy thành tạo than bùn 8.5 Hoạt động địa chất biển (Tạ Hoà Phương) 239 8.5.1 Hoạt động phá huỷ biển 8.5.2 Sự chuyển động vận chuyển nưóc biển 239 - 8.5.3 Hình thái đáy biển lắng đọng trầm tích biển 8.6 Hoạt động phong hóa (Nguyễn Văn Vinh) 241 244 246 8.6.1 Phong hóa học (hay phong hóa lý học) 247 8.6.2 Phong hóa hóa học 248 8.6.3 Phong hóa sinh học 249 8.6.4 Sản phẩm phong hóa 250 10 nhieu.dcct@gmail.com Chương K hoáng sản nguồn gốc chúng (Vũ Xuân Ị)ộ) 254 9.1 Khái quát khoáng sản học 254 9.1.1 Khái niệm khoáng sản khoa học nghiên cứuchúng 254 9.1.2 Chất lượng trữ lượng mỏ khoáng 256 9.1.3 Phân loại khoáng sản theo đối tượng mục đích sửdụng 257 a Khống sản kim loại 257 b Khoáng sản phi kim loại 259 c Khoáng sản cháy nhiên liệu 261 9.2 Nguồíi gốc thành tạo mỏ khoáng 262 9.2.1 Mỏ nguồn gốc magma 262 a Các mỏ magma thực 262 b Các mỏ pegm atit 264 c Các mỏ skarn 265 d Các mỏ nhiệt dịch hậu magma 266 9.2.2 Các mỏ nguồn gốc biến chất a Các mỏ bị biến chất 270 271 b Các mỏ biến chất 272 9.2.3 Các mỏ ngoại sinh 273 a Các mỏ phong hoá 273 b Các mỏ trầm tích 275 9.3 Một số’khái niệm điều tra khoáng sản 279 9.3.1 Dự báo khoáng sản 279 9.3.2 Tìm kiếm khống sản 279 a Các tiền đề tìm kiếm 280 b Các dấu hiệu tìm kiếm khoáng sản 281 C hư ng 10 V ận đ ộ n g k iế n tạ o c ủ a vỏ T rá i Đ ấ t (Tống Duy Thanh, Tạ Trọng Thắng) 10.1 Cấu trúc vỏ Trái Đất Các thuyết kiến tạo 283 283 10.1.1 Cấu trúc vỏ Trái Đ ất 283 10.1.2 Nền khiên - Hai dạng cấu trúc cổ bề m ặt vỏ Trái Đ ất 284 10.1.3 Các thuyết kiến tạo 285 10.2 Thuyết địa máng 10.2.1 Đặc tính địa máng nhieu.dcct@gmail.com 285 285 11 xu th ế mỏ rộng Vì có người lấy ranh giới để tách mảng Châu Phi thành hai gọi mảng phía đơng mảng Somali Mảng Ấn Độ - Australia {Ân - úc) gồm toàn lãnh thổ Australia, bán đảo Ấn Độ phần đáy biển bao quanh Ranh giỗi phía bắc phía đơng máng hút chìm, ranh giới phía tây nam sống núi Ân Độ Dương Mảng tiếp tục dịch chuyển phía bắc với tốc độ trung bình 4cm/năm, xơ hức vào mảng Âu - Á lý làm cho dãy núi Himalaya tiếp tục nâng cao Đã có sở để tách mảng thành hai, ranh giới chúng đới hội tụ hình thành phía nam Ân Độ, Ân Độ Dương - ii.ơi có rấ t nhiều trận động đất ghi Đây dối uốn dạng sóng bề mặl geoid có bước sóng khoảng Ọ km trình n nếp tác động đến tồn thạch đại dương Trên khoảng rộng chừng 2000 km này, bị nén ép nên tạo nếp uốn lớp phủ chòm tác động đến tồn lớp phủ trầm tích Sơ" liệu địa tầng thu từ lỗ khoan cho thấy đới biến dạng tạo Miocen thượng (khoảng triệu năm) Dọc theo ranh giới tốc độ hội tụ lớn cm/năm Nhìn chung, phân bố rộng rãi hoạt động địa chấn mà từ lâu người ta cho Ân Độ Australia thuộc mảng thống M ảng  u - Á chiếm h ầu hết diện tích lục địa Âu - Á đáy đại dương vây quanh R anh giới phía đơng ià đới biển ven rìa tích cực điển hình, n h giới phiá tây lại đổi tĩnh ven rìa tiếp nốì với phần phía bắc Đại Tây Dương nửa phía bắc sống núi Đại Tây Dương Ranh giói phía nam mảng có cấu tạo phức tạp kéo dài từ đứt gãy chuyển dạng Acores - G ibraltar chạy qua Địa T rung Hải, nốì tiếp vói dải núi Trung Á tới vịnh Bengal lại nối liền với m biển sâu kéo dài quần đảo Timor Indonesia Trên tồn ran h giới phía nam n h ất dọc theo đới xô húc Alpes, dải Zagros, Himalaya, mảng chịu ứng su ất nén Cách xa đổi xô húc này, biến dạng mẳng yếu dần Tại phía bắc, sống núi đại dương làm ran h giới cho mảng gặp nhau, hội tụ tru n g tâm Bắc Băng Dương Ớ phía đơng m ảng Âu - Á, cáo m biển sâu Philipin N hật Bẳn cắt tạo thành m ảng phụ Philipin hình thoi cân đối M biển sâu Philipin có hô* biển sâu M arian đ ạt độ sâu 1 km Đằng sau các máng hút chìm phía tây Thái Bình Dương bồn đại dương mở Đệ Tam mở bồn Okinawa Lịch sử trước Kainozoi mảng Âu - Á phức tạp thể q trình xơ húc liên tiếp kể từ Paleozoi Trong giai đoạn khác nhau, mảng Âu - Á bị biến thành mảng ghép từ khối bồi tụ, điểm độc đáo mà mảng khác khơng có M ảng Châu N am Cực - mảng thứ sáu thạch Những tài liệu địa chất thu thời gian gần làm sáng tỏ chất cấu trúc mảng Trên bề m ặt lục địa mảng có khoảng % lộ khơng có băng tuyết, lại bị phủ tói 30 triệu km băng, chiếm 70% khối lượng nước th ế giới Các lớp băng ỏ có bề dầy trung bình 2440 m, có chỗ đạt tới 4000m Các nhà dịa chất phát nhieu.dcct@gmail.com 293 có tới 6000 khối thiên thạch rơi xuống mảng này, nơi khác bề m ặt hành tinh phát thấy 2400 khối 10.3.3 Cơ c h ế hoạt dộng kiểu ranh giới m ảng Trong hoạt động địa chất mảng chế vận động kiểu ranh giới mảng có vai trò quan trọng Có thể phân định rõ rệt ba kiểu chế hoạt động ranh giới mảng phân kỳ (divergent), hội tụ (convergent) chuyển dạng (transform); số kiểu ranh giới hội tụ lại phân làm sô"loại Chính dọc theo kiểu ranh giới mà mảng hình thành, tiêu biến hay trượt ngang từ mảng qua mảng khác a Ranh giói mảng phản kỳ > R anh giới phân kỳ gặp nơi mà m ảng tách giãn vỏ đại dương hình th àn h Loại n h giới thường thấy dọc sống núi đại dương, gặp lục địa dạng thung lũng rift Dọc theo ranh giới m ảng phân kỳ (cũng dọc sống núi đại dương) m agm a xuyên lên m ảng chuyển dộng tách xa Khi m agm a nguội, dải vỏ đại dương hình th àn h ghi lại dấu ấn từ trường vào thòi gian (Hình 10.1) Địa hìn h cao, đứt gãy th u ậ n kết hợp với nhiều động đ ấl có chấn tâm nơng, dòng nhiệt cao dung nham b asalt dạng gối (H ình 10.3) nhữ ng n ét đặc trưng thường kèm với sông núi đại dương Ranh giới m ảng phân kỳ th lục địa giai đoạn sớm tách giãn lục địa (Hình 10.5) Khi m agm a xuyên lên từ lục địa ban đầu vỏ bị phồng lên, căng giãn bị mỏng N hững dứt gãy th u ận th u n g lũng rift b ắ t đầu hình th n h dọc theo địa hào tru n g tâm gây nôn động đ ất chấn tâm Hjnh 103 Dung nham basa|t dạng gõi dư