Bài giảng Địa chất thủy văn đại cương - Chương 8: Tác dụng địa chất của nước dưới đất

Nội dung text: Bài giảng Địa chất thủy văn đại cương - Chương 8: Tác dụng địa chất của nước dưới đất

1. CHƯƠNG VIII TÁC DỤNG ĐỊA CHẤT CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT
2. Tác dụng địa chất của nước dưới đất rất đa dạng. Tuy nhiên có thể gộp các tác dụng ấy vào 6 hiện tượng dưới đây • 1- Sự hòa tan : • Những tác nhân làm tăng độ hòa tan của các khoáng vật trong nước là : nhiệt độ, áp suất, khí cacbônic ôxy và các axit hòa tan trong nứơc. Các tác nhân này luôn biến đổi, ví dụ, càng gần mặt đất lượng CO2, O2 càng tăng, ngược lại càng xuống sâu nhiệt độ và áp suất càng tăng. Khi các yếu tố trên đây tăng thì độ hòa tan cũng tăng. • Các chất thường có trong đá (đặc biệt trong đá trầm tích) có độ hòa tan giảm theo thứ tự sau (ở nhiệt độ và áp suất bình thường). • a) NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, FeCl2, FeCl3, Na2SO4, K2SO4, FeSO4, Na2CO3, K2CO3; • b) CaSO4, MgSO4; • c) CaCO3, MgCO3, FeCO3; • d) SiO2 . nH2O, SiO2. • Kết quả của quá trình hòa tan đá vôi, là sự xuất hiện các hang động có kích thước khác nhau.
3. SỰ HOÀ TAN ĐÁ VÔI ĐÃ TẠO THÀNH NHỮNG HANG ĐỘNG Ở HÀ TIÊN (VN) Sự xuất hiện nhũ đá thạch cao có liên quan tới tác dụng của H2S và O2 trong điều kiện nước ngầm nông. Ca(HCO3)2 + H2S + 2O2 = CaSO4 . 2H2O + 2CO2.
4. 2- Sự hydrat hóa : • Sự hydrát hóa là quá trình khoáng vật hút nước và do đó chúng bị thay đổi về cấu trúc và các tính chất vật lý. Ví dụ : • - Anhydrit biến thành thạch cao : • CaSO4 + 2H2O CaSO4 . 2H2O • Kết quả quá trình này là thể tích đá tăng lên 33% (  1/3 ), kích thước chiều dài (dài, rộng, cao) tăng lên 10%. Quá trình này gây ra uốn nếp các lớp đá nằm trên lớp anhydrit. • - Hêmatit biến thành limônit • Fe2O3 + nH2O Fe2O3 nH2O • Limônit xốp và bở hơn hêmatit nhiều.
5. 3- Sự ôxy hóa • Trong nước dưới đất, ôxy chiếm 1/3 thể tích khí hòa tan trong đó. Do bị ôxy hóa, các hợp chất ôxyt thấp trong đá chuyển thành oxyt. • - Thiết (manhêtit) là một oxyt thấp (Fe3O4) chuyển thành oxyt sắt (Fe2O3), sau chuyển thành limônit (sắt nâu). • - Than có trong đá, khi bị ôxy hóa biến thành CO2. Những phần tử than đen có trong thành phần của phiến thạch chứa than thường bị oxy hóa. Khi đó phiến thạch màu xẩm trở nên màu sáng, đôi khi hoàn toàn trắng. • - Sự oxy hóa đặc biệt diễn ra mãnh liệt đối với các sunfua, như sự thành tạo limônit từ pyrit. Quá trình này diễn ra như sau : • FeS2 + 7O + H2O = FeSO4 + H2SO4 • 12FeSO4 + 3O2 + 3 H2O = 4 Fe2 (SO4)3 + 2 Fe2O3 . 3 H2O • H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + CO2 + H2O • CaSO4 hút nước để tạo thành thạch cao. • Do đó, chúng ta thường thấy trong đá đồng thời có cả sắt nâu, thạch cao và cacbônat. •
6. 4. Sự phân hủy Silicat • Sự phân hủy Silicat là quá trình thủy phân dưới tác dụng đồng thời của CO2 và nước. Lượng CO2 trong không khí hòa tan trong nước dưới đất đạt đến 16%. Kết quả quá trình thủy phân là sự tạo thành các khoáng vật sét hoặc cáchydrôxyt nhôm, sét silic. • Sơ đồ phân hủy Silicat có thể biểu diễn như sau : • Silicát Khoáng vật sét + hydrôxyt Al, Fe (bauxite) • + hydrôxyt Si • + Các muối hòa tan CaCO3, K2CO3, Na2CO3
7. 5. Sự tích tụ trầm tích • Trầm tích do nước dưới đất đọng lại trên mặt đất nơi xuất lộ của nguồn nước và ở trong các lổ hổng trong vỏ trái đất. • Trầm tích do nước dưới đất đọng lại trên mặt đất : −Tufơ vôi −Tufơ Silit −Quặng sắt và mangan
8. Tufơ vôi • Cấu tạo bởi canxit (CaCO3). Sự đọng canxit sẽ thuận lợi khi áp suất và nhiệt độ giảm xuống va øcả khi có những di tích thối rửa của động thực vật. Trong thời gian nào đó, chúng sẽ bị phủ một màng màu trắng nhạt. Màng này chính là các vi tinh thể của CaCO3. • Tufơ vôi là một loại đá xốp giống như hải miên. Trong đá thường có những lỗ hổng khá lớn. Thường Tufơ vôi có cấu tạo hạt (dạng trứng cá). Tufơ vôi nào có nhiều lổ hổng tương đối lớn thì gọi là travectanh (Travertin). Màu của tufơ vôi thường xám hoặc trắng, tuy nhiên nó cũng có những vết màu nâu rỉ sét do các hydrôxyt sắt rất thường hay kết tủa đồng thời với CaCO3. • Trong các điều kiện nhiệt độ cao, tufơ vôi cấu tạo bởi aragônit. •
9. Tufơ Silic • Cấu tạo từ opan (SiO2 . n H2O). Nó do nước nóng có nguồn gốc nguyên sinh hoặc có sự tham gia của nước nguyên sinh đọng lại (ví dụ xung quanh các nguồn nước khoáng nhiệt). Tufơ silic của nguồn phun gọi là gâyzêrit. Đấy là một thứ đá xốp màu trắng. Đôi khi do lẫn các tạp chất, gâyzêrit có màu nâu, đỏ, xanh.
10. Suối phun nuớc nĩng ở Yellowstone (Ảnh Trịnh Hảo Tâm)
11. SUỐI NUỚC NĨNG HỘI VÂN ( BÌNH ÐỊNH)
12. Quặng sắt và mangan • Người ta biết tất cả những vỉa sắt nâu (bononit) có liên quan tới tác dụng của nước dưới đất. Chúng thành tạo khi nước ngầm có chứa hợp chất sắt hóa trị thấp, như FeCO3 hoặc FeSO4, chảy ra biển hoặc hồ. • Dưới tác dụng xúc tác của vi khuẩn sắt, ion sắt có hóa trị thấp chuyển thành ion sắt có hóa trị cao : • FeCO3, FeSO4 Fe2O3, 3 H2O. • Quá trình này xảy ra ở bờ biển, cách bờ không dưới 10m và sâu không quá 10m. Trong một vài trường hợp, đã có những lớp sắt thành tạo theo cách này với bề dày tăng lên 10 – 15m mỗi năm. Những quặng sắt có nguồn gốc tương tự tích tụ chung quanh vỏ nhuyễn thể, di tích thực vật, . thì có dạng hình cầu. • Đồng thời với quặng sắt, các khoáng sàng mangan cũng thành tạo theo kiểu đó.
13. 6. Trầm tích đọng lại do nước dưới đất trong các lổ hổng của đất đá • Nước khi vận động trong các lổ hổng và khe nứt có trong đất, đá (lỗ mao dẫn, lỗ hổng và khe nứt các loại) luôn luôn thay đổi các tính chất, như áp suất, nhiệt độ, nồng độ các chất hòa tan. Khi các tính chất này thay đổi, nồng độ của muối hòa tan có thể đạt đến mức quá bão hòa, khi đó, các muối này sẽ kết tủa, lắp dần các lỗ hổng. Quá trình này diễn ra từ thành lỗ hổng vào giữa lỗ hổng. • Các chất kết tủa thường gặp nhất là canxit, aragônit, thạch anh, canxêđoan, ôpan; barit, thạch cao, fluôrit, pyrit
14. CHẤT SẮT ĐÓNG VAI TRÒ CEMENT GẮN KẾT CÁC HẠT VẬT LIỆU
15. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1-Các phương pháp nghiên cứu đất đá trong phòng thí nghiệm, (sách dịch) V.Đ.Lomtadze, NXB ĐH & THCN, Hà nội- 1979. 2-Địa chất thủy văn đại cương, Vũ ngọc Kỷ, Nguyễn thượng Hùng, NXB ĐH & THCN – Hà nội, 1985. 3-Địa chất học cho kỹ sư xây dựng và cán bộ kỹ thuật môi trường, Alan E. Kehew, NXB Giáo dục 1998-Tập 2. 4-Environmental Management of ground-water basin, T.Shibasaki and group. Tokai University Press, 1995. 5-General hydrogeology. by P. P. Klimentov Published in 1983, Mir Publishers ( Moscow).