Đá Biến Chất - 123doc

Khi áp suất và nhiệt độ tăng đủ, mọi loại đá đều nóng chảy – magma granit ra đời sớm sẽ kết hợp với các khoáng vật sót; những khoáng vật ấy sẽ bị biến chất ngay ở trạng thái rắn và cũng

Modul 2: Thành phần vật chất của vỏ Trái Đất

Bài 3: Các đá chủ yếu của vỏ Trái Đất

3 Đá biến chất

3.1 Những khái niệm chung

- Định nghĩa

Biến chất là tổng hợp những chuyển hóa và phản ứng xảy ra đối với một loại đá (vốn trạng thái rắn) khi gặp những điều kiện nhiệt độ và áp suất khác với lúc nó phát sinh Các đá biến chất là đá bị biến đổi từ các đá trầm tích, đá magma

Quá trình biến chất đá trầm tích bắt đầu ngay từ khi những điều kiện nhiệt độ và

áp suất khác đi so với những điều kiện khi thành đá Thông thường sự thành đá (diagenesis) xưa nay được coi là tập hợp những quá trình biến chất làm chuyển hóa (gắn kết và đông rắn) các sản phẩm trầm tích thành một thứ đá bền chắc Khi áp suất

và nhiệt độ tăng đủ, mọi loại đá đều nóng chảy – magma granit ra đời sớm sẽ kết hợp với các khoáng vật sót; những khoáng vật ấy sẽ bị biến chất ngay ở trạng thái rắn và cũng sẽ nóng chảy khi áp suất và nhiệt độ tăng Như thế, đường cong xuất hiện magma granit phân cách dung thể khỏi vùng biến chất (H 9)

- Các yếu tố biến chất

* Sự tăng nhiệt độ do đá bị chìm ở những độ sâu khác nhau của vỏ Trái Đất

Cùng với sự tích tụ vụn cơ học, đá trầm tích, đá núi lửa v.v bị một khối lượng đá phủ ngày càng lớn và sẽ bị nhấn chìm sâu vào vùng nhiệt độ cao của vỏ Trái Đất Càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng theo gradien địa nhiệt Nói chung, cứ xuống sâu 30m thì nhiệt độ tăng khoảng 1oC,

người ta biết có vùng giá trị đạt

1oC/10m Khi một lớp đá trầm tích

nằm ở độ sâu 4000m tại một vùng với

gradien địa nhiệt cao (500C/km chẳng

hạn) thì nó có thể phải chịu một nhiệt

BiÕn chÊt 10

5

Kb V

§

­ n

r¾

cñ a g

ran

* Sự tăng áp suất do đá bị vùi lấp Một lớp đá nằm trong lòng đất chịu một tải trọng từ phía trên Tải trọng đồng đều ấy gọi là áp suất thuỷ tĩnh

* Sự tăng áp suất liên quan với hoạt động kiến tạo Bổ trợ cho áp suất thạch tĩnh còn

có ứng lực hướng ngang (áp suất kiến tạo) gây ra biến dạng ở mọi thang độ

3.2 Kiến trúc, cấu tạo, tướng của đá biến chất Cách gọi tên đá

- Kiến trúc

Đá biến chất có ba kiểu kiến trúc được gọi tên là kiến trúc sót; kiến trúc cà nát

và kiến trúc biến tinh

Kiến trúc sót là kiến trúc còn giữ những đặc điểm kiến trúc của đá nguyên thủy Kiến trúc cà nát được thành tạo khi đá chịu tác dụng đập vỡ do chuyển động kiến

tạo Kiến trúc xi măng (H 10) là dạng kiến trúc cà nát hạt không đều, hạt lớn chiếm

ưu thế Kiến trúc mylonit (nát nhừ) là dạng kiến trúc cà nát hạt tương đối đều, trong

đó hạt cỡ nhỏ sắp thành chuỗi song song chiếm ưu thế (H 11)

Kiến trúc biến tinh được hình thành khi các thành phần của đá được tái kết tinh

trong điều kiện thể rắn Theo hình dạng của các hạt khoáng vật và mối tương quan sắp xếp giữa chúng người ta phân ra các loại kiến trúc sau đây

Kiến trúc hạt biến tinh khi các hạt tương đối đều và đẳng thước, tha hình (Hình

12) Kiến trúc vảy hạt biến tinh (H 13) là dạng kiến trúc chủ yếu gồm những hạt tấm vảy (tha hình) Kiến trúc que biến tinh là dạng kiến trúc gồm những hạt hình trụ, que, gần song song (H 14) Kiến trúc ban biến tinh khi có những tinh thể khá tự hình đạt

kích thước lớn trên nền hạt biến tinh hay vảy biến tinh

- Cấu tạo

Có hai kiểu cấu tạo là cấu tạo sót và cấu tạo biến chất

Cấu tạo sót là dạng kế thừa những nét cấu tạo của đá nguyên thủy Thí dụ, đá

biến chất nguồn gốc trầm tích vẫn giữ được đặc tính phân lớp

Hình 10

Kiến trúc xi măng (cà nát) Cataclasit của gabro (a), granit porphyr (b)

(Harker A 1960)

Cấu tạo biến chất được hình thành trong quá trình biến chất và có hai loại là cấu tạo khối gồm các hạt không định hướng, đồng nhất trong cách phân bố; cấu tạo phiến

gồm các hạt hình tấm dẹt xếp song song Nếu cấu tạo khối thành tạo trong điệu kiện

tĩnh thì cấu tạo phiến bộc lộ tác dụng của áp suất định hướng Đá có cấu tạo phiến cà

nát trong trường hợp bị tác dụng của động lực thuần túy Cấu tạo phiến uốn nếp điển

hình cho biến chất nhiệt động trình độ thấp, chưa có tái kết tinh mạnh Cấu tạo phiến

kết tinh điển hình cho biến chất nhiệt động trình độ cao, đá bị biến dạng có kèm theo

tái kết tinh, mặt phân phiến trùng với mặt định hướng của hạt dạng tấm, dạng que

Cấu tạo gneis là cấu tạo phiến kết tinh hạt không đều về kích thước

Hình 11

Kiến trúc mylonit (nát nhừ) (Harker A 1960)

Hình 12 Kiến trúc hạt

biến tinh của quartzit (Nguyễn Văn Chiển và nnk, 1973)

Đọc thêm

- Tướng của đá biến chất (tướng biến chất)

Khái niệm tướng biến chất do Eskola (1915) đưa ra đầu tiên Một tướng biến chất bao gồm nhiều loại đá có thành phần hóa học rất khác nhau, nhưng đều bị biến chất trong cùng những điều kiện giống nhau về áp suất và nhiệt độ Ngày nay, dựa vào những thành tựu nghiên cứu thực nghiệm về sự thành tạo của các khoáng biến chất, có thể quan niệm mỗi tướng biến chất là sự thể hiện một trình độ biến chất tương ứng với

một giới hạn nhất định của điều kiện áp suất và nhiệt độ (trường P-T) Các đá thành

tạo trong môi trường P-T xác định gọi là những đá của cùng một tướng Biểu đồ P-T

bao gồm những trường P-T, trường bền vững của những khoáng vật biến chất tiêu biểu nhất Đó là những khoáng vật phổ biến và nhạy cảm với sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ (H 15) Tên khoáng vật dùng được đặt tên cho tướng mà nó đặc trưng

I Tướng zeolit Không phải tất cả zeolit là khoáng vật biến chất; một số có thể

thành tạo trên mặt đất Ngược lại, một số khác lại cần có nhiệt độ cao; ví dụ: laumontit Ca[Si4Al2O12].4H2O chỉ xuất hiện ở 300oC Bởi thế giữa hiện tượng thành đá (trầm tích chuyển hóa thành đá) và tướng zeolit vẫn có một bước quá độ

II Tướng prenit-pumpelyit Khi nhiệt độ tăng (T = 350o - 400oC) laumontit không bền vững nữa, những khoáng vật khác xuất hiện – prenit, pumpelyit

III Tướng phiến xanh với

glaucophan và lausonit Hai khoáng

vật này có mặt đồng thời chứng tỏ áp

suất rất cao, nhưng nhiệt độ không

khác lắm so với tướng

prenit-pumpelyit

IV Tướng phiến lục Khoáng vật

đặc trưng là amphibol (actinolit và

tremolit) và plagioclas nghèo canxi

(albit, oligoclas) Biotit có thể xuất

hiện trong bộ phận biến chất nhiều

nhất của tướng

0 2 4 6 8 10 12

III

II IV I

VIII

Pkb

Hình 15 Biểu đồ P-T của tướng biến chất

(Dercourt J & Paquet J 1979)

V Tướng amphibolit Gồm có các phụ tướng được xác lập trên hàm lượng canxi trong

plagioclas và trên sự xuất hiện của hornblend Trong phạm vi giá trị P và T của tướng có điểm ba cấu tử các biến thể đa hình Al2[SiO4]O So với tướng phiến lục thì

áp suất không khác mấy, chỉ nhiệt độ là thay đổi nhiều; nó có thể đạt nhiệt độ nóng chảy của tổ hợp thạch anh, albit, ortoclas; như thế từng chỗ có sự tái tạo magma granit, chất lỏng này tiêm nhập vào giữa các phiến của đá biến chất và tạo tướng của migmatit

VI Tướng granulit Tổ hợp của tướng này có đặc trưng là thiếu vắng mica và có

mặt pyroxen, silimanit, disten và granat Trong dung thể tập trung hầu hết lượng hơi nước của môi trường Các pha rắn như gneis sẽ nghèo nước và sự tiến hóa xảy ra chủ yếu ở thể rắn; P và T tăng cao; nó cũng có thể đạt tới tướng granulit Ngay cả đá mafic chỉ nóng chảy ở áp suất và nhiệt độ cao cũng có thể đạt tới tướng này

VIII Tướng sừng Tướng sừng hình thành khi áp suất tác động ít, nhiệt độ là nhân

tố chủ yếu ấn định thành phần khoáng vật Nhiệt độ tăng thì từ sừng amphibol ta có sừng pyroxen

Theo Turner & Verhoogen (1955), tướng biến chất chia làm hai nhóm (trong mỗi nhóm, các tướng liệt kê theo trình tự từ thấp đến cao)

- Nhóm tướng biến chất tiếp xúc: Tướng sừng epidot - albit; Tướng sừng

hornblend; Tướng sừng pyroxen; Tướng sanidin

- Nhóm tướng biến chất khu vực: Tướng zeolit; Tướng đá phiến lục; Tướng đá phiến

glaucophan; Tướng epidot - amphibolit; Tướng almandin - amphibolit; Tướng granulit; Tướng eclogit

- Cách gọi tên đá biến chất

Tên của một đá biến chất thể hiện đặc điểm cấu tạo và thành phần khoáng vật chính của nó Ví dụ, đá sừng gồm những đá biến chất có cấu tạo khối hạt mịn Đá sừng feldspat biotit cordierit (hàm lượng khoáng vật giảm dần) Đá phiến có cấu tạo phiến; ví dụ – đá phiến thạch anh mica disten

Có những tên đá gọi theo thành phần khoáng vật như amphibolit là đá chủ yếu gồm amphibol và feldspat; hay theo thói quen như đá hoa, skarn, greisen v.v Tên

đá biến chất còn gọi theo nguồn gốc bằng cách thêm tiếp đầu ngữ para chỉ nguồn

gốc trầm tích; ví dụ – paraamphibolit, orto chỉ nguồn gốc magma; ví dụ – ortogneis

3.3 Phân loại và mô tả các đá biến chất chủ yếu

- Phân loại đá biến chất

Theo đặc điểm về nguồn gốc, đá biến chất được phân làm ba nhóm là biến chất khu vực, biến chất tiếp xúc và biến chất động lực (Bảng 2)

Theo đặc điểm thạch học, đá biến chất được phân thành đá phiến biến chất, đá phiến kết tinh, gneis và migmatit v.v Giữa sự phân loại theo nguồn gốc và phân loại theo đặc tính thạch học có mối quan hệ chặt chẽ Thí dụ các đá phiến kết tinh, gneis

v.v lại chính là đá biến chất khu vực

- Mô tả đá biến chất

phiến mỏng, mặt lớp có ánh tơ, láng do có các khoáng vật mới như sericit, clorit, thạch anh Thành phần khoáng vật dạng hạt chỉ quan sát được dưới kính hiển vi Đá philit phân bố rộng rãi trong các đới uốn nếp, đặc biệt là các đới uốn nếp trẻ

Đá phiến clorit –khá mềm so với các đá khác, phân phiến rõ, màu lục thẫm

Trong đá phổ biến thạch anh, calcit, actinolit, talc, nhưng clorit ưu trội hơn cả

Đá phiến talc – đá phân phiến, mềm, thường có màu xám, xám lục, lục Thành

phần ưu trội trong đá là talc, ngoài ra còn có thạch anh, carbonat, epidot, sericit

Có loại đá giống với đá phiến talc nhưng có cấu tạo khối, được thành tạo do biến chất magma mafic

Đá phiến lục là sản phẩm biến chất của đá magma mafic và siêu mafic, màu xám

lục, lục do ưu trội khoáng vật màu như epidot, clorit, amphibol; phân phiến, rắn chắc; trong đá còn có albit, thạch anh Hạt rất nhỏ, chỉ quan sát được dưới kính hiển vi Nhìn ngoài rất giống đá phiến clorit và đá phiến talc nhưng rắn chắc hơn

Bảng 2 Các kiểu biến chất

Kiểu biến chất Điều kiện biến chất Các đá đặc trưng

- Đới trên

Nhiệt độ và áp suất thủy tĩnh không cao, ứng lực thể hiện rõ

- Đới giữa

Nhiệt độ, áp suất cao, ứng lực rõ nhưng có

thể không có

Biến chất

khu vực

- Đới dưới Nhiệt độ, áp suất cao không có ứng lực

Đá phiến sét, philit, đá phiến clorit, đá phiến talc, đá phiến lục v.v

Đá phiến mica, quartzit, đá hoa, amphibolit

Gneis, quartzit, đá hoa

Biến chất

tiếp xúc

Chỉ có tác dụng của nhiệt độ cao

Tác dụng của nhiệt độ cao và hoạt chất hóa học

Đá phiến đốm, đá phiến, quartzit,

đá hoa, đá sừng

Skarn, greisen, serpentinit

Biến chất

động lực Dập vỡ, cà nát trong đới vỡ kiến tạo Cataclasit, mylonit

Đá phiến kết tinh - đá phân phiến rõ nét, thường quan sát được dạng vi uốn nếp

Thành phần khoáng vật chủ yếu gồm mica, thạch anh, granat, disten Trong số đá

phiến Đá quartzit màu xám sáng, rất cứng Do độ chịu lực cao nên được sử dụng phổ biến làm vật liệu xây dựng Đặc biệt, quartzit cũng được sử dụng làm vật liệu chịu lửa nhiệt độ cao Một dạng quartzit đặc biệt là quartzit sắt, phân lớp rất mỏng, xen với các lớp mỏng quặng sắt hematit, magnetit Quartzit sắt phổ biến trong các trầm tích

cổ Tiền Cambri và là nguồn quặng sắt lớn nhất trên thế giới

Đá hoa (cẩm thạch) là đá biến chất từ đá vôi, thành phần chủ yếu là hạt kết tinh

của calcit Màu của đá hoa tùy thuộc vào màu của khoáng vật thứ yếu trong đá, do đó

có nhiều màu khác nhau và được dùng trong xây dựng làm đá ốp lát trang trí Đá hoa tinh khiết có màu trắng là nguyên liệu quý cho điêu khắc Đá nằm thành vỉa và thường xen trong các tầng đá biến chất khác như gneis, đá phiến kết tinh v.v

Amphibolit – đá biến chất có thành phần khoáng vật chủ yếu là hornblend,

plagioclas, ngoài ra còn có thạch anh, epidot, granat v.v ,đá thường có màu xám lục, xám đen Tính phân phiến kém hơn đá phiến kết tinh, phổ biến nhất là amphibolit có cấu tạo khối Amphibolit là sản phẩm biến chất của đá magma mafic và siêu mafic, một số ít trường hợp có nguồn gốc từ biến chất các đá marn (sét vôi) bị dolomit hóa

Gneis – đá kết tinh có thành phần chủ yếu là thạch anh, feldspat, mica, ngoài ra

còn có hornblend, granat, augit v.v Gneis có dạng tinh thể lớn (thường là feldspat) nằm trong khối hạt nhỏ của khoáng vật màu, được gọi là gneis dạng mắt Đặc điểm của gneis là có cấu tạo dạng dải do sự xắp xếp luân phiên các lớp dạng thấu kính khoáng vật màu và khoáng vật sáng màu Gneis là đá biến chất khu vực ở mức biến chất cao nhất Paragneis là đá biến chất từ đá trầm tích (đá phiến sét); ortogneis là

đá biến chất từ granit

Migmatit - là đá biến chất ở đới siêu biến chất; đá được hình thành từ các mạch

tiêm nhập của magma vào giữa các đá khác (như gneis, đá phiến kết tinh)

* Đá biến chất tiếp xúc

Đá sừng – đá chặt xít hạt nhỏ hoặc trung bình, kiến trúc hạt biến tinh hoặc kiến

trúc sừng, đôi khi có kiến trúc porphyr biến tinh, không có dạng phiến Đá được thành tạo do tiếp xúc của magma axit với đá sét Thành phần khoáng vật chủ yếu là

Đá phiến mica đốm – được thành tạo xa magma hơn đá phiến sừng, trên mặt

phiến xuất hiện những đốm sẫm màu do vật chất than cùng với andalusit, silimanit, cordierit

Đá phiến sét đốm – xa magma hơn nữa Xuất hiện các đốm gồm graphit, clorit,

andalusit Phần còn lại của đá gần như vẫn giữ nguyên là đá phiến sét

Skarn – đá biến chất tiếp xúc được thành tạo ở đới tiếp xúc đá granitoid với đá

carbonat, chủ yếu là đá vôi Cả đá vôi và magma đều biến đổi do sự trao đổi thành phần khoáng vật Pyroxen và granat là hai khoáng vật đặc trưng, ngoài ra còn có hornblend, epidot, magnetit, plagioclas, olivin, calcit, thạch anh Liên quan với skarn thường có các mỏ kim loại như sắt, đồng, chì, kẽm, vàng, thiếc, wolfram, molybden

Greisen – là đá biến chất hạt trung bình và hạt lớn, gồm chủ yếu là thạch anh và

muscovit, ngoài ra còn chứa biotit, topaz, turmalin, beryl, fluorit và các khoáng vật quặng như cassiterit, wolframit, molybdenit, magnetit, pyrit v.v Greisen được thành tạo do quá trình biến chất trao đổi khí thành diễn ra ở đới tiếp xúc của đá granit Quá trình greisen hóa diễn ra trong cả đá xâm nhập và đá tiếp xúc; khi đó feldspat của granit

do tác dụng của khí bốc bị thạch anh, mica thay thế

Serpentinit – đá biến chất từ đá siêu mafic do tác dụng của dung dịch magma và

hậu magma Thành phần khoáng vật có serpentin, magnetit, cromit Màu lục với các đốm đen trắng, vàng xen nhau như da rắn Liên quan với serpentinit có mỏ asbet

* Đá biến chất động lực

Cataclasit – đá bị cà nát thành các mảnh góc cạnh do tác dụng của các phá hủy

kiến tạo Quá trình này không làm tái kết tinh khoáng vật của đá nguyên thủy, không tạo khoáng vật mới mà chủ yếu làm thay đổi kiến trúc của đá Các hạt bị phá hủy méo mó và xuất hiện khối liên kết (xi măng) hạt nhỏ đa khoáng

Mylonit - đá bị nghiền mạnh, các hạt trở thành vụn bột nhỏ rồi sau liên kết lại

thành đá đặc xít, phân phiến Đôi khi xuất hiện khoáng vật mới như sericit