Bài giảng Địa chất công trình - Chương 1: Các loại đá trong vỏ quả đất và địa tầng - Trường Đại học Thủy Lợi

1 
Bài giảng môn học 
Địa Chất Công Trình 
Chương 1 
CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT 
VÀ ĐỊA TẦNG 
Giảng viên: Dr.-Ing. Nguyễn Quang Tuấn 
Trường Đại học Thủy lợi 
Bộ môn Địa kỹ thuật 
2 
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 
Chương 1 CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT VÀ ĐỊA TẦNG 
3 
Chu trình hình 
thành các loại đá 
theo nguồn gốc 
Nén chặt và gắn 
kết (hình thành đá) 
Biến đổi do nhiệt 
độ và áp suất 
Nóng 
chảy Đá biến chất 
Nguội và 
đông cứng 
(kết tinh) 
Đá mắc ma 
Đá trầm tích nhiệt độ 
& 
áp suất 
Phong hóa, vận 
chuyển và tích tụ 
trầm tích 
Nâng kiến tạo, 
phong hóa, vận 
chuyển và tích tụ 
Nâng kiến tạo, 
phong hóa, vận 
chuyển và tích tụ 
Khái niệm đất đá và khoáng vật 
 Khoáng vật là các đơn 
chất hoặc hợp chất tự 
nhiên được hình thành và 
tồn tại trong vỏ quả đất 
hoặc trên mặt đất bởi các 
quá trình và điều kiện địa 
chất nhất định, có thành 
phần hóa học và cấu trúc 
tinh thể xác định. 
 Đất, đá là sản phẩm của 
quá trình địa chất tự 
nhiên, là tập hợp của các 
khoáng vật, hoặc các 
mảnh vụn đá. 
Sự hình thành khoáng vật 
 Nhiều khoáng vật kết tinh từ chất lỏng: các 
dung dịch mắc ma, dung nham... 
 Các khoáng vật khác được hình thành do vật 
liệu đá bị chôn vùi, chịu tác động của nhiệt độ 
cao và áp suất lớn. Các khoáng vật này 
không ổn định, xảy ra quá trình trao đổi các 
nguyên tố hóa học, tạo ra các khoáng vật 
mới. 
Các đặc trưng cơ bản của đá 
 Khi nghiên cứu đất đá, có 4 đặc trưng cơ bản 
phản ánh tính chất, nguồn gốc và điều kiện 
thành tạo: 
 Thành phần khoáng vật; 
 Kiến trúc; 
 Cấu tạo; 
 Thế nằm. 
 3 đặc trưng đầu có thể nghiên cứu trên mẫu 
đá, đặc trưng thế nằm chỉ nghiên cứu được tại 
nơi tồn tại của đá đó. 
sinh viên cần hiểu 
rõ các khái niệm 
về 4 đặc trưng cơ 
bản của đá 
7 
Các đặc trưng cơ bản của đất đá 
 TP khoáng vật: là khái niệm chỉ sự có mặt của các 
khoáng vật trong đá và tỷ lệ hàm lượng của chúng. 
 Kiến trúc: là những dấu hiệu xác định những đặc điểm 
về hình thái của từng hợp phần trong đá và quan hệ 
không gian giữa chúng với nhau. Kiến trúc là khái niệm 
chỉ các yếu tố hình dạng, kích thước, mức độ đồng đều 
và mối liên kết giữa các hạt. Thể hiện đặc điểm của các 
hợp phần. 
 Cấu tạo: là đặc điểm về quy luật phân bố của các hạt 
khoáng vật theo các phương hướng trong không gian và 
mức độ sắp xếp chặt sít của chúng. Thể hiện sự phân bố 
của các hợp phần. 
 Thế nằm: là khái niệm chỉ hình dạng, kích thước và mối 
quan hệ tiếp xúc của khối đá với các đá vây quanh. Thể 
hiện tư thế của khối đá. 
1 
Bài giảng môn học 
Địa Chất Công Trình 
Chương 1 
CÁC LOẠI ĐÁ TRONG VỎ QUẢ ĐẤT 
VÀ ĐỊA TẦNG 
Giảng viên: Dr.-Ing. Nguyễn Quang Tuấn 
Trường Đại học Thủy lợi 
Bộ môn Địa kỹ thuật 
BÀI 1. ĐÁ MAGMA 
Nội dung: 
1. Quá trình magma và sự hình thành đá magma 
2. Phân loại đá magma 
3. Thành phần khoáng vật của đá magma 
4. Kiến trúc, cấu tạo của đá magma 
5. Thế nằm của đá magma 
Đá mác ma 
 Đá mácma hay đá magma là những loại đá 
được thành tạo do sự nguội và đông cứng 
của những dung thể magma nóng chảy được 
đưa lên từ những phần sâu của vỏ Trái Đất. 
I. Sự hình thành đá magma 
 Dung dịch magma là những dung dịch silicate 
nóng chảy được hình thành từ sâu bên trong 
lòng đất (30-150km), có chứa hầu hết tất cả 
các nguyên tố, kể cả các chất dễ bay hơi, hơi 
nước 
 Dung dịch magma được phát sinh do nhiệt độ 
tăng lên đột ngột (do các phản ứng phân rã hạt 
nhân hoặc do va chạm các lục địa) 
 Khi magma đâm thủng quả đất, chảy trên mặt 
đất thì được gọi là dung nham (lava). 
 Khi dung dịch magma đi lên và mất nhiệt, nguội 
lạnh và đông cứng tạo đá magma. 
Ranh giới 
tách giãn 
Ranh giới 
hội tụ Magma phun trào 
Magma 
xâm nhập 
Vỏ trái đất 
Thạch quyển 
Manti 
Vỏ trái đất 
Quyển mềm 
Manti nóng chảy cục bộ, 
tạo magma đi lên 
Đá nóng chảy cục bộ, 
tạo magma đi lên 
Nguồn: https://www3.nd.edu 
II. Phân loại đá magma: Thành phần hóa học, thành phần khoáng 
vật, điều kiện thành tạo và các tác động thứ sinh trong quá trình tồn tại 
của đá magma có ý nghĩa quan trọng, quyết định các đặc tính vật lý, cơ 
học của chúng. Dựa trên các cơ sở đó người ta chia đá magma ra các loại 
khác nhau. 
a. Theo điều kiện thành tạo 
Đá magma xâm nhập 
 Xâm nhập sâu 
 Xâm nhập nông 
Đá magma phun trào 
 Phun trào cổ 
 Phun trào trẻ 
b. Theo thành phần hóa học (dựa vào hàm lượng SiO2) 
Đá magma axit (feldsic): SiO2>65% 
Đá magma trung tính: SiO2=55% ÷ 65% 
Đá magma bazơ: SiO2=45% ÷ 55% 
Đá magma siêu bazơ: SiO2<45% 
Phân biệt, nhận diện thông 
qua kiến trúc của đá (theo 
mức độ kết tinh) 
Nhận diện 
thông qua màu 
sắc của đá 
Đá xâm nhập vs Đá phun trào 
Đá xâm nhập Đá phun trào 
Nơi hình thành Dưới mặt đất Trên mặt đất 
Tốc độ giảm nhiệt giảm nhiệt chậm Giảm nhiệt nhanh 
Kiến trúc Toàn tinh ẩn tinh, thủy tinh 
Kích thước hạt Lớn Nhỏ 
Ví dụ: Granite 
Rhyolite 
Diorite 
Andesite 
Gabbro 
Bazan 
Granite 
Đá axit (felsic) 
Nguồn gốc: xâm 
nhập sâu 
Andesite 
Đá trung tính 
Nguồn gốc: phun trào 
Bazan (basalt) 
Đá ba zơ (mafic) 
Nguồn gốc: phun trào 
Định nghĩa khoáng vật: 
Một khoáng vật là một nguyên tố hay 
một hợp chất hóa học thông thường 
kết tinh và được tạo ra do các quá 
trình địa chất (Theo Hiệp hội khoáng 
vật Quốc tế, 1995) 
Thuật ngữ "khoáng vật" bao hàm cả 
thành phần hóa học của vật liệu lẫn 
cấu trúc khoáng vật. 
II. Thành phần khoáng vật của đá magma 
 Khoáng vật là các đơn chất hoặc hợp chất tự nhiên 
được hình thành và tồn tại trong vỏ quả đất hoặc trên mặt 
đất bởi các quá trình và điều kiện địa chất nhất định, có 
thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể xác định. 
II. Thành phần khoáng vật của đá magma 
Muscovite (Mica), KAl2[Si3O10](OH)2 
Thạch anh, SiO2 
Dạng kết tinh: các nguyên tử của vật chất nằm theo trật 
tự có quy luật trong không gian, tạo thành thành những 
tinh thể gắn kết lại với nhau. Chất kết tinh có nhiệt độ 
nóng chảy nhất định, tới nhiệt độ đó vật chất chuyển 
sang dạng lỏng và thu nhiệt. 
Dạng vô định hình: các phân tử hay nguyên tử của vật 
chất không nằm theo một trật tự có tính quy luật trong 
không gian (không tạo thành mạng tinh thể). Chất vô 
định hình có tính đẳng hướng. Khi chất lỏng bị làm 
lạnh nhanh, không đủ thời gian các mặt lưới tinh thể 
hình thành. 
* Phân chia khoáng vật theo nguồn gốc thành tạo, các khoáng 
vật tạo đá được phân ra: 
-Khoáng vật nguyên sinh: là những khoáng vật hình thành từ 
các phần tử cơ bản trong các quá trình magma, trầm tích và 
biến chất 
-Khoáng vật thứ sinh: thành tạo ở các thời gian sau, do sự 
biến đổi của khoáng vật nguyên sinh 
* Phân chia khoáng vật theo màu: 
-Khoáng vật sáng màu (nhóm Salic): thạch anh, feldspar 
-Khoáng vật sẫm màu (nhóm Femic): amfibole, pyroxen và 
biotite 
Các khoáng vật nội sinh, nguyên sinh, chủ yếu là khoáng vật 
lớp silicate. Các khoáng vật sinh sau do kết tủa từ dung dịch 
lưu thông trong kẽ nứt, lỗ hổng của đá magma – hàm lượng 
không đáng kể. 
II. Thành phần khoáng vật của đá magma 
 Thành phần khoáng vật của đá magma rất phức tạp, có nhiều loại khoáng vật, 
chủ yếu là các khoáng vật nhóm silicat. 
 Các khoáng vật chủ yếu ở đá magma: Felspar (Orthoclase và Plagioclase), 
pyroxen, thạch anh, olivin, mica 
 Thành phần khoáng vật thứ yếu: zircon, tuarmaline 
 Các khoáng vật ở đá magma có nguồn gốc nội sinh, nguyên sinh được hình 
thành ở điều kiện nhiệt độ cao. 
 Các khoáng vật chủ yếu là các khoáng vật silicate, có liên kết hóa trị bền 
vững nên thường có độ cứng lớn  đá magma khi chưa phong hóa thường có 
cường độ cao. Tuy nhiên các khoáng vật nhóm này dễ bị biến đổi trong điều 
kiện môi trường. 
Tên khoáng vật Thành phần 
Thạch anh 
Feldspar 
Muscovite 
Biotite 
Các khoáng vật mafic 
SiO2 
(K,Na,Ca)(Al,Si)4O8 
KAl2AlSi3O10(OH)2 
K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2 
Mg-Fe silicates 
H
à
m
 lư
ợ
n
g
 k
h
o
á
n
g
 v
ậ
t 
th
e
o
 t
h
ể
tí
c
h
Hàm lượng Silica theo % trọng lượng 
Hàm lượng sắt, magiê, can xi 
Hàm lượng kali, natri 
Nhiệt độ 
Nhỏ 
Lớn 
Cỡ hạt 
Axit 
(Felsic) 
Trung tính 
Bazơ 
(Mafic) 
Siêu bazơ 
(siêu Mafic) 
Phân loại, gọi tên đá magma theo thành phần khoáng 
vật và điều kiện thành tạo 
III. Kiến trúc, cấu tạo của đá magma 
 Kiến trúc bao gồm những dấu hiệu quy định bởi trình 
độ kết tinh, kích thước, hình dáng của các tinh thể, quan 
hệ tương hỗ giữa chúng với nhau và giữa chúng với thủy 
tinh 
Quy luật chung: đá đông cứng càng chậm, khả năng 
các khoáng vật kết tinh càng cao các hạt khoáng 
vật kết tinh càng lớn. 
1. Kiến trúc đá: đặc điểm về hình dáng, kích thước của 
các hạt khoáng vật và mối liên kết giữa chúng. 
 Theo mức độ kết tinh 
 Kiến trúc toàn tinh: Các khoáng vật 
đều kết tinh, có mặt phân tách rõ rệt, 
có thể thấy bằng mắt thường 
 Kiến trúc ban tinh (poocfia): một số 
khoáng vật lớn nổi lên trên nền các 
tinh thể hạt nhỏ hoặc không kết tinh 
 Kiến trúc ẩn tinh: các khoáng vật kết 
tinh hạt bé, không thấy được bằng mắt 
thường 
 Kiến trúc thủy tinh: các khoáng vật 
không kết tinh, ở dạng vô định hình 
 Theo kích thước hạt 
 Theo GT BM: Hạt lớn (>5mm); hạt vừa (5-2mm); hạt 
nhỏ (2-0,2mm); hạt mịn (<0,2mm) 
 Theo Tony Waltham: Hạt lớn (>2mm); hạt vừa (0,1-
2mm); hạt mịn ( <0,1mm) 
 Theo mức độ đồng đều giữa các hạt 
 Kiến trúc hạt đều: khi các hạt có kích thước gần như 
nhau 
 Kiến trúc hạt không đều: khi các hạt to nhỏ khác 
nhau 
Liên hệ điều kiện hình thành và kiến trúc của đá magma 
Mức độ kết tinh của khoáng vật phụ thuộc điều kiện đông 
nguội của dung nham 
 Ở dưới sâu do tính dẫn nhiệt của đá kém, quá trình đông 
nguội của dung nham kéo dài, các tinh thể có đủ thời gian 
để lớn lên. Do vậy, đá xâm nhập thường có kiến trúc toàn 
tinh hạt lớn và đều hạt 
 Ở gần mặt đất và trên mặt đất, điều kiện tỏa nhiệt tốt và 
áp suất thấp nên dung nham nguội lạnh rất nhanh, các 
tinh thể không kịp hình thành, chỉ hình thành các tinh thể 
nhỏ hoặc chỉ kết tinh được một số khoáng vật có nhiệt độ 
kết tinh cao. Do vậy, kiến trúc ẩn tinh, thủy tinh, poocfia 
đặc trưng cho xâm nhập nông và đá phun trào, đặc biệt 
kiến trúc thủy tinh thường thấy khi dung nham phun trào 
ở đáy biển 
Mối liên hệ giữa điều kiện hình thành và đặc điểm kiến trúc và cấu tạo của đá mắc ma 
Phun 
trào 
Xâm 
nhập 
Kiến trúc thủy tinh, 
do quá trình nguội 
nhanh chóng 
Kiến trúc hạt vụn gắn 
kết (các mảnh vụn 
núi lửa) 
Kiến trúc ban tinh do 
magma đông nguội 2 
giai đoạn (ban đầu nguội chậm 
ở dưới sâu, sau đó nguội nhanh khi 
tới độ sâu tương đối nông) 
Kiến trúc toàn tinh do 
magma đông nguội 
chậm dưới sâu 
Kiến trúc ẩn tinh do 
magma nguội và 
đông cứng nhanh 
Kiến trúc thủy tinh, 
do quá trình đông 
nguội nhanh chóng 
Kiến 
trúc 
toàn 
tinh 
Kiến trúc ban tinh (poocfia) 
Khoáng vật kết tinh Khoáng vật nền 
Kiến trúc ẩn tinh 
Kiến trúc thủy tinh 
2. Cấu tạo (Cấu tạo là đặc trưng về sự sắp xếp và phân bố các hạt khoáng vật trong đá hoặc quặng) 
 Theo sự định hướng của các thành phần khoáng vật trong không 
gian 
 Cấu tạo khối (cấu tạo đồng nhất): Các khoáng vật phân bố đồng 
đều và sắp xếp không theo quy luật. 
 Cấu tạo dòng (cấu tạo dải): các khoáng vật tập hợp sắp xếp theo 
dạng dải (nguyên nhân do lực ép hai bên hoặc do các khoáng 
vật định hướng theo sự di chuyển của dòng dung nham 
 Theo mức độ lỗ hổng 
 Cấu tạo đặc sít: trong đá không có lỗ rỗng 
 Cấu tạo lỗ rỗng: trong đá tồn tại các lỗ rỗng 
 Cấu tạo xốp: trong đá tồn tại rất nhiều lỗ rỗng 
 Cấu tạo hạnh nhân: các lỗ rỗng được lấp đầy bởi khoáng vật 
thứ sinh 
Cấu tạo khối Cấu tạo lỗ rỗng 
Cấu tạo xốp 
Cấu tạo hạnh nhân 
IV. Thế nằm của đá magma Thế nằm là đặc trưng thể hiện vị thế, kích 
thước của đá và mối quan hệ của đá với đá vây quanh. Thế nằm thể hiện tư thế của khối đá trong không 
gian. 
 Các dạng thế nằm của đá xâm nhập 
 Dạng nền: kích thước rất lớn, đá vây quanh không bị biến đổi thế 
nằm, ranh giới dưới không xác định được 
 Dạng nấm: dạng hình nấm, kích thước nhỏ hơn dạng nền, đá vây 
quanh phía trên bị uốn cong 
 Dạng mạch: do magma xâm nhập vào các khe nứt, cắt qua tầng đá 
vây quanh, kéo dài 
 Dạng lớp: do magma xâm nhập vào khe nứt mặt lớp đá có trước, 
đông cứng như một lớp đá vây quanh 
 Các dạng thế nằm của đá phun trào: 
Dạng vòm: khi magma nhớt, đông cứng ngay tại chỗ phún xuất 
Dạng dòng chảy: khi địa hình thuận lợi, magma linh động chảy thành 
dòng 
Dạng lớp phủ: khi magma phun trào theo hệ thống khe nứt, phủ trên 
diện rộng trên mặt đất 
Dạng 
nền 
Dạng 
nấm 
Dạng 
mạch 
Dạng 
lớp 
Dạng 
dòng 
Dạng 
lớp phủ 
Dạng 
vòm 
Các dạng thế nằm cơ bản của đá mắc ma 
Hình ảnh một số loại đá magma 
Rhyolite là đá mắc ma phun trào, 
thành phần axit, sáng màu, kiến 
trúc ẩn tinh, thường chứa khoáng 
vật thạch anh và feldspar.. 
Porphyry là tên gọi cho đá mắc 
ma có kiến trúc ban tinh (các 
tinh thể hạt lớn trên nền các tinh 
thể hạt nhỏ). 
Đá basalt ngoài thực địa Một mẫu đá basalt nhìn gần 
Một số hình ảnh đá magma 
Basalt: bazan là đá phun trào ba zơ, kiến trúc ẩn tinh, thường sẫm màu. 
Mẫu trong hình có kích thước 5cm. 
Granite là đá mắc ma xâm nhập axit, 
thành phần là thạch anh, feldspar, 
một ít khoáng vật micas, amphiboles 
cùng một số khoáng vật khác. 
Gabbro là đá mắc ma xâm nhập, ba zơ, 
kiến trúc kết tinh hạt lớn, sẫm màu, 
chứa feldspar, augite và olivine. Mẫu 
đá trong hình có kích thước khoảng 
5cm 
Một số hình ảnh đá magma 
Ý nghĩa của việc nghiên cứu thế nằm đá magma trong 
xây dựng công trình 
Thế nằm của đá mắc ma thể hiện kích thước (bề dày) và sự phân bố của 
đá mắc ma trong không gian. Việc nghiên cứu thế nằm giúp cho: 
 Lựa chọn vị trí xây dựng công trình, lựa chọn độ sâu đặt 
móng công trình. 
 Đánh giá ổn định của nền công trình 
 Đánh giá tính thấm nước của nền công trình 
 Đánh giá khả năng khả năng khai thác vật liệu đá phục vụ 
xây dựng. 
Yêu cầu 
 Đọc giáo trình kết hợp các slides bài giảng tìm kiếm 
các thông tin: 
 Giải thích sự hình thành của đá magma 
 Các đặc trưng: thành phần khoáng vật, kiến trúc, 
cấu tạo, thế nằm của đá 
 Ảnh hưởng của điều kiện hình thành đến các đặc 
trưng (kiến trúc, cấu tạo, thế nằm) và tính chất của 
đá 
 Giải thích được sự ảnh hưởng của thành phần 
khoáng vật và điều kiện hình thành đến các đặc 
trưng, tính chất của đá. 
Câu hỏi ôn tập 
1. Sự hình thành đá mắc ma? Phân loại đá mắc ma? 
2. Khái quát về thành phần khoáng vật của đá mắc ma? 
3. Các dạng thế nằm của đá mắc ma? Vẽ hình minh 
họa? 
4. Các kiểu kiến trúc của đá mắc ma? Vẽ hình minh 
họa 4 kiểu kiến trúc theo mức độ kết tinh của đá mắc 
ma? 
5. Các kiểu cấu tạo của đá mắc ma? Vẽ hình minh họa 
6. Phân tích mối liên hệ giữa điều kiện hình thành và 
đặc trưng kiến trúc của đá mắc ma? 
7. Ý nghĩa của việc nghiên cứu thế nằm đá mắc ma 
trong xây dựng công trình?