Bài giảng Địa chất công trình - Chương 3: Các hiện tượng địa chất nội sinh

9/15/2015
1
Chương 3
CÁC HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHẤT 
NỘI SINH
¤3.1 KIẾN TẠO VÀ CẤU TRÚC 
ĐỊA CHẤT
Nội dung:
1. Kiến tạo
2. Cấu trúc địa chất
1. KIẾN TẠO
 Chuyển động kiến tạo là sự vận
động của vỏ trái đất được sinh
ra do nội lực.
 Chuyển động kiến tạo làm đất
đá bị thay đổi kiến trúc, cấu tạo
và thế nằm đồng thời tạo ra các
dạng địa hình tương phản.
1. Chuyển động thăng trầm: chuyển động nâng lên
hạ xuống của vỏ trái đất, thường xảy ra trong
phạm vi rộng lớn (lục địa hay một phần lục địa)
2. Chuyển động uốn nếp: hình thành do tác dụng
của lực kéo nén kiến tạo (theo chiều tiếp tuyến với
mặt đất), đất đá bị biến dạng từ thế nằm ngang
sang nằm nghiêng hoặc bị uốn cong mà vẫn giữ
tính liên tục (do tốc độ tác dụng chậm, trong điều
kiện nhiệt độ, áp suất cao)
3. Chuyển động nứt gãy: khi lực kiến tạo gây ứng
suất vượt quá độ bền của đất đá làm cho tầng đá
bị nứt nẻ, chuyển dịch và mất tính liên tục
9/15/2015
2
Lục địa trôi dạt
Chuyển động của vỏ quả đất qua các thời kỳ
Dòng đối lưu trong mantle gây ra chuyển động 
kiến tạo
Hai mảng lục địa đối đầu đội nhau gây ra 
chuyển động thăng trầm
Chuyển động ngang 
của 2 mảng 
lục địa gây 
ra chuyển động thăng 
trầm tại 
biên hội tụ. 
Dãy 
Himalaya 
tiếp tục 
nâng cao 
(điểm so 
sánh ký 
hiệu ô 
vuông)
Chuyển động uốn 
nếp, khi 
khối magma đi lên, đẩy 
hai mảng 
của vỏ quả đất ra xa 
nhau, tạo ứng suất tác 
dụng lên đất đá theo 
phương 
ngang làm 
cho đá bị vò 
nhàu, uốn 
nếp.
Hai mảng đối đầu trực diện hoặc bị đẩy ngang do 
magma gây ra chuyển động uốn nếp
9/15/2015
3
Hội tụ, tách dãn, chuyển dịch ngang Các dạng nếp uốn chính
Nếp lồi Nếp lõm
Phức nếp uốn Lực kiến tạo gây biến vị đất đá
Nguyên nhân làm cho
các lớp đá uốn nếp
được:
◦ Xảy ra ở độ sâu lớn,
áp lực giữ cao, nhiệt
độ lớn  đá thể
hiện tính dẻo
◦ Lực kiến tạo tác
dụng chậm và lâu
dài  đá bị biến
dạng dẻo
9/15/2015
4
Các yếu tố hình học của nếp uốn Các yếu tố thế nằm của tầng đá
Các loại kẽ nứt
 Kẽ nứt căng (tension 
jont)
 Kẽ nứt cắt (shear join)
 Kẽ nứt tách
◦ Tách phá (strike 
joint)
◦ Tách chảy (dip joint)
Đứt gãy thuận
Đứt gãy nghịch Đứt gãy nghịch chờm
9/15/2015
5
Đứt gãy ngang Địa luỹ, địa hào
Đứt gãy - Các yếu tố đặc trưng cho đứt gãy
A
B
H
N
S

S: Cự ly dịch chuyển tương đối
N: Cự ly dịch chuyển ngang
H: Cự ly dịch chuyển đứng
 : góc nghiêng mặt trượt
A: Cánh hạ
B: Cánh nâng
2. Cấu trúc địa chất
• Cấu trúc – toàn bộ nói chung những quan
hệ bên trong giữa các thành phần tạo nên
một chỉnh thể (từ điển tiếng Việt của Viện
NNH)
• Cấu trúc địa chất của một khu vực - đặc
điểm về sự phân bố và phát triển địa chất
chung của một khu vực bao gồm các đặc
điểm về địa tầng, thạch học, kiến trúc,
khoáng sản và những vấn đề có liên quan
với địa chất (từ điển địa chất-NXB KH và
KT)
- Cấu trúc địa chất của một khu vực là sự phân
bố của các thành phần của cấu trúc theo những
quan hệ địa chất chặt chẽ về mặt địa tầng, thạch
học, kiến tạo.
- Các thành phần của cấu trúc địa chất bao gồm
các lớp trầm tích, các thể xâm nhập được sắp
xếp theo các quan hệ nếp uốn, đơn nghiêng, các
lớp nằm ngang và các đứt gãy kiến tạo
- Cấu trúc địa chất được thể hiện cụ thể thông
qua các mặt cắt địa chất.
-Thông tin về cấu trúc địa chất của một vùng là
cơ sở để thiết kế, xây dựng công trình hợp lý
trong vùng đó.
Các yêu cầu cần khi học
 Chuyển động kiến tạo là gì, kiến tạo
mảng và các chuyển động kiến tạo thứ
sinh (chuyển động thăng trầm, uốn nếp,đứt gãy)?
 Vì sao đá cứng, giòn mà uốn nếp được?
 Cấu trúc địa chất của một vùng là gì và
thông tin đó dùng để làm gì?
9/15/2015
6
¤3.2. ĐỘNG ĐẤT
Earthquake in Japan 2011
Nội dung:
1. Nguyên nhân động đất
2. Độ mạnh động đất và các yếu
tố ảnh hưởng
3. Dự báo động đất
4. Các biện pháp phòng chống
khi XDCT
1. Nguyên nhân động đất
Động đất là sự chấn động của vỏ quả đất, gây ra do một
số nguyên nhân:
 Động đất do chuyển động kiến tạo: các mảng dịch
chuyển đụng vào nhau  giải phóng năng lượng  động
đất. Đặc điểm: phổ biến, cường độ mạnh, quy mô lớn.
 Động đất do núi lửa: do magma, hơi, khí đi lên, bị tắc
lại, có xu hướng được giải phóng  nổ  động đất. Đặc
điểm: cường độ và phạm vi ảnh hưởng không lớn, xảy ra
không nhiều.
 Động đất do đất sụt: do sụt các khối đất trên các hang
động, hầm mỏ. Đặc điểm: Cường độ nhỏ, ảnh hưởng hẹp.
 Động do hoạt động con người: nổ bom, mìn, hồ chứa
Do chuyển động kiến tạo
 Chấn tâm và chấn tiêu của động đất
 Chấn tiêu thường cách mặt đất < 20km
 Đứt gãy thường 1- 10km
Hậu quả của động đất
a. Tác động trực tiếp làm sập công trình gây
chết người
b. Làm hỏng hệ thống đường ống, chập điện
gây cháy
c. Gây trượt đất và lún mặt đất;
d. Gây hoá lỏng nền cát làm mất khả năng
chịu tải;
e. Gây sóng trong hồ chứa làm vỡ đập;
f. Gây ra sóng thần ở biển khơi.
Làm sập công trình: San Francisco 1906, CA 7.8 M, 
1500 Deaths
9/15/2015
7
Làm sập công trình: Japan 2011, hơn 12.000
người chết Nứt, lún mặt đất
Trượt lở do động đất Sóng thần: The tsunami caused by the December 
26, 2004 Ao Nang, Thailand
Sự hình thành sóng thần T s u n a m i !
9/15/2015
8
Các yếu tố của động đất
 Tâm động đất (chấn tiêu):
nơi phát sinh động đất,
trong lòng đất
 Tâm ngoài (chấn tâm):
vùng mặt đất gần chấn tiêu
 Tia địa chấn: tia lan truyền
sóng từ tâm ra xung quanh
 Cường độ động đất: phản
ánh năng lượng giải thoát
Các loại sóng động đất
◦ Sóng dọc (P-wave)
◦ Sóng ngang (S-wave)
◦ Sóng thứ sinh – sóng bề mặt
Các mô hình dao động của sóng
 Earthquakes generate several kinds of seismic waves 
including P, for "Primary" and S, for "Secondary" 
waves. 
 P Waves (sóng dọc)
 The P waves move in a compressional motion similar 
to the motion of a slinky, while the S waves move in 
a shear motion perpendicular to the direction the 
wave is travelling. 
 S Waves (sóng ngang)
Sự phân bố động đất trên thế giới
Độ mạnh của một trận động đất được
đánh giá bởi 2 thành phần:
◦ Cường độ năng lượng giải phóng ở chấn
tâm (magnitude)
Theo Richter và Beno Gutenberg:
Log E = 11.8 + 1.5 M
◦ Mức độ phá hoại trên mặt đất (intensity)
◦ Ở Việt Nam trước đây magnitude được
đánh giá gián tiếp thông qua khái niệm
“độ mạnh cơ bản” còn độ mạnh đánh giá
theo sự phá hoại trên mặt đất gọi là độ
mạnh thực tế
2. Độ mạnh động đất và các yếu tố ảnh hưởng ◦ Thang Richter
 Dựa vào biên độ giao động của sóng động đấtđo được bằng địa chấn ký.
M = lgA(mm) + (khoảng cách hiệu chỉnh đến
chấn tiêu)
Thang Richter không có giới hạn trên.
◦ Thang MSK64.
 Do Međvedev; Sponheir; Karnik đề xuất
 Chia làm 12 cấp dựa vào thống kê sự phá hoại
trên mặt đất (xem giáo trình)
◦ Thang MCS
 Do Mercalli; Cancani; Sieberg đề xuất
 Chia làm 12 cấp cũng dựa vào thống kê sự phá
hoại trên mặt đất
9/15/2015
9
Các yếu tố ảnh hưởng tới độ mạnh động đất
◦ Chiều dài đứt gãy;
◦ Biên độ dịch chuyển;
◦ Thời gian kéo dài động đất;
◦ Khoảng cách tới tâm động đất
◦ Địa hình địa mạo;
◦ Chiều sâu mực nước ngầm;
◦ Quy mô, đặc điểm công trình.
Modified Mercalli Scale 
Intensity Verbal Description Magnitude Witness Observations
I instrumental 1 to 2 Detected only by seismographs
II Feeble 2 to 3 Noticed only by sensitive people
III Slight 3 to 4 Resembling vibrations caused by heavy traffic
IV Moderate 4 Felt by people walking; rocking of free standing objects
V Rather Strong 4 to 5 Sleepers awakened and bells ring
VI Strong 5 to 6 Trees sway, some damage from overturning and falling object
VII Very Strong 6 General alarm, cracking of walls
VIII Destructive 6 to 7 Chimneys fall and there is some damage to buildings
IX Ruinous 7 Ground begins to crack, houses begin to collapse and pipes break
X Disasterous 7 to 8 Ground badly cracked and many buildings are destroyed.There are some 
landslides
XI Very Disasterous 8 Few buildings remain standing; bridges and railways destroyed;water, 
gas, electricity and telephones out of action.
XII Catastrophic 8 or greater Total destruction; objects are thrown into the air,much heaving,shaking 
and distortion of the ground
Thang Richter
Độ mạnh Richter Gia tốc chấn động Tương đươngthang Mercalli
<3.5 < 1 cm/s2 I
3.5
2.5 cm/s2
II
4.2 III
4.5 10 cm/s2 IV
4.8 25 cm/s2 V
5.4 50 cm/s2 VI
6.1 100 cm/s2 VII
6.5
250 cm/s2
VIII
6.9 IX
7.3 500 cm/s2 X
8.1 750 cm/s2 XI
> 8.1 980 cm/s2 XII
Thang độ mạnh Mercalli
Mức 1: Không cảm nhận được sự rung động.
Mức 2: Có thể cảm nhận được khi đang nằm nghỉ hoặc ở trên nhà cao tầng.
Mức 3: Hoàn toàn có thể cảm nhận được nếu đang ở trong nhà
Mức 4: Đồ vật trong nhà bị rung động, người đang ngủ giật mình tính giấc.
Mức 5: Rung động như có đoàn tàu chạy qua gần nhà, bát đĩa có thể bị vỡ
Mức 6: Mọi người hoảng sợ chạy ra khỏi nhà, cửa kính, bát đĩa rơi vỡ,
Mức 7: Đồ đạc đổ vỡ, nhà kiên cố hư hỏng nhẹ. Nhà tạm hư hỏng nặng
Mức 8: Nhà kiên cố đổ vỡ từng phần, nhà kém, ống khói, tượng đài đổ
Mức 9: Các công trình lớn bị hư hỏng, xô lệch khỏi móng, nhiều nhà bị sập
đổ
Mức 10: Phần lớn các ngôi nhà đều bị phá hủy cùng móng, đường ray hỏng
Mức 11: Hầu hết các công trình đều bị hư hỏng, cầu sập, đường ray hỏng.
Mức 12: Mọi thứ đều bị phá hủy, mặt đất gợn sóng
Các nhà địa chấn nghiên cứu quan hệ định lượng 
giữa cấp động đất và các tham số vật lý đặc 
trưng cho dao động nền: gia tốc (a), vận tốc (v) 
và biên độ (A) và cho kết quả dưới đây:
Tần suất động đất: số lần động đất
xảy ra trên một đơn vị thời gian. Tần
suất thể hiện tính chu kỳ, mức độ lặp
lại của động đất
Thời gian chấn động: khoảng thời
gian kéo dài của một đợt chấn động
9/15/2015
10
Chu kỳ động đất của Sumatra Địa chấn ký đo độ mạnh
Địa chấn ký đo độ mạnh Toán đồ xác định M
The diagram 
below 
demonstrates how 
to use Richter's 
original method 
to measure a 
seismogram for a 
magnitude 
estimate in 
Southern 
California:
3. Dự báo động đất
Các dấu hiệu dự báo động đất:
 Tỷ số giữa sóng P (sóng dọc) và sóng S
(sóng ngang) (đo bằng máy địa chấn);
 Sự thay đổi hình thái vỏ trái đất gần khu vực
đứt gãy hoạt động;
 Trong nước dưới đất xuất hiện các khí trơ,
lưu huỳnh;
 Số liệu phân tích của các đứt gãy sinh chấn
 Hành vi bất bình thường của động vật
4. Các biện pháp phòng chống khi XDCT
 Chọn vị trí xây dựng: vùng có địa hình bằng
phẳng, ít bị chia cắt, cấu tạo địa chất đơn giản,
xa các đới và các phá hủy kiến tạo, mực nước
dưới đất ở sâu, móng công trình nên đặt trên
đá gốc
 Chọn loại vật liệu: nhẹ, dễ đàn hồi, có tần số
dao động khác với tần số dao động của động
đất
 Chọn kết cấu công trình: chắc chắn, đối
xứng, trọng tâm ở thấp
 Tính toán thiết kế có xét đến lực động đất
9/15/2015
11
Sóng địa chấn (sóng ngang) không truyền trong chất
lỏng, tạo nên vùng tối mà nhờ đó xác định được kích
thước và trạng thái vật chất lỏng của nhân quả đất
Vùng tối của sóng dọc do khúc xạ và cũng nhờ đó xác
định được kích thước của nhân quả đất
Yêu cầu khi học
- Nguyên nhân gây ra động đất và giải thích được
tác động của từng nguyên nhân, độ lớn (quy
mô) của các trận động đất do các nguyên nhân
đó gây ra.
- Các loại sóng động đất, ý nghĩa của việc nghiên
cứu, đo ghi các loại sóng đó
- Phân biệt được “độ mạnh động đất” đánh giá
theo năng lượng giải phóng ở tâm và theo mức
độ phá hoại trên mặt đất
- Dấu hiệu dự báo động đất và các giải pháp
phòng chống động đất